Обнаружен "переломный момент" в эволюции грибов, влияющий на их форму и скорость роста
Грибы и их эволюция играют важнейшую роль в поддержании баланса наших экосистем. Эти мастера разложения процветают в лесной подстилке, постоянно перерабатывая опавшие листья, мертвые деревья и другие органические вещества, чтобы вернуть в землю необходимые питательные вещества.
Когда мы представляем себе грибы, в первую очередь на ум приходят грибы. Однако под поверхностью скрывается обширная и сложная сеть грибных структур.
Гифы в грибах
Глубоко в почве грибы развивают обширную сеть тонких нитей, называемых мицелиями. Эти структуры состоят из множества взаимосвязанных микроскопических трубок, называемых гифами.
Гифы распространяются по почве в поисках питательных веществ для поддержания своего роста. Чтобы облегчить этот рост и передвижение, гифы раздуваются, позволяя им перемещаться по окружающей среде и эффективно усваивать питательные вещества.
Кончики гиф имеют разную форму: некоторые из них круглые, другие - остроконечные, а некоторые имеют необычный, бугристый вид.
Почему они имеют разную форму? Исследователи из Нью-Йоркского университета (NYU) решили эту загадку.
"Одна из главных задач биологии - выявить конкретные эволюционные факторы, определяющие форму организма", - говорит Энрике Рохас, доцент биологии в Нью-Йоркском университете и старший автор исследования.
Гифы грибов: Формируются не только эволюцией
Чтобы выяснить, почему грибы могут похвастаться таким разнообразием форм гиф, Рохас и его команда объединили теоретические модели с наблюдениями за грибами в природе.
Сначала они использовали моделирование на основе физики, чтобы наметить все "возможные" формы гиф в зависимости от того, как они растут.
Удивительно, но они обнаружили, что множество форм, которые реально наблюдаются в мире грибов, составляют лишь малую часть этих возможностей.
В связи с этим возник интригующий вопрос: являются ли ограниченные формы гиф, наблюдаемые в природе, свидетельством "выживания сильнейших"?
Эволюционные формы и виды грибов
Например, определенные формы гиф могут лучше помогать грибу находить пищу, расти, укрепляться и размножаться.
Такие формы передаются по наследству, в то время как формы, которые не помогают грибу процветать, не сохраняются в долгосрочной перспективе, исчезая как эволюционные отбраковки.
Чтобы проверить эту идею, исследователи задались целью выяснить, какие формы помогают грибам расти быстрее и сильнее всего.
"Мы поняли, что форма гиф тесно связана с их способностью быстро расти", - объясняет Максим Охаирве, аспирант биологического факультета Нью-Йоркского университета и ведущий автор статьи.
Переломный момент ограничивает формы грибов
Давайте введем понятие из эволюционной биологии - фитнес-ландшафт. Это понятие помогает нам понять, насколько хорошо адаптируется и эволюционирует вид.
В этом контексте исследователи обнаружили, что фитнес-ландшафт грибов включает в себя важную особенность - обрыв. Этот обрыв, или "переломный момент", означает границу, за которой определенные формы гиф становятся менее устойчивыми и неблагоприятными.
Присутствие этой критической точки действует как барьер, ограничивая диапазон форм, в которые могут эволюционировать грибы. Важно отметить, что грибы с формами, приближающимися к этой критической точке, очень восприимчивы даже к незначительным изменениям окружающей среды, которые могут иметь глубокие последствия для их выживания и функционирования.
Переломный момент и эволюция грибов
Команда исследователей проверила эту теорию на практике. Они взяли грибы, находящиеся вблизи переломного момента, и подвергли их воздействию крошечных количеств тщательно отобранных химических веществ, которые нарушили рост гиф - одни повлияли на внутреннее давление, другие - на то, как клетка строит себя.
Удивительно, но рост гиф резко замедлился, и они приобрели странную луковицеобразную форму, редко встречающуюся у природных грибов.
"Наши результаты объясняют разнообразие форм гиф в огромной, разнообразной и важной группе видов", - говорит Рохас. "В более широком смысле они также демонстрируют новый важный эволюционный принцип: фитнес-ландшафты могут иметь нестабильность, или критические точки, которые накладывают строгие ограничения на сложные признаки, такие как биологическая форма".
Потенциальные приложения
Понимание эволюционного "переломного момента" у грибов, как показали последние исследования, может произвести революцию в таких отраслях, как сельское хозяйство, медицина и охрана окружающей среды. В сельском хозяйстве знание того, как эволюционируют грибки, открывает возможности для более эффективной борьбы с болезнями сельскохозяйственных культур.
Нацелившись на слабые места, созданные эволюционной траекторией грибка, исследователи смогут разработать более точные и менее экологически вредные методы борьбы с болезнями, уничтожающими урожай.
В целом это сулит повышение продовольственной безопасности и снижение зависимости от пестицидов широкого спектра действия, которые могут нанести вред полезным организмам и окружающей среде.
Медицина
Полученные результаты - это не только благо для фермеров, но и для медицины. Традиционные антибиотики становятся все менее надежным оружием против инфекций по мере распространения устойчивости к ним.
