Что определяет среду обитания - экологическую нишу микроорганизма? Это сочетание таких факторов окружающей среды, как температура, влажность и содержание питательных веществ. Но точный вклад каждого из этих факторов трудно предсказать. Немецко-голландская исследовательская группа дала новое определение микробным нишам, определив, какие микроорганизмы живут вместе. Во главе с профессором Басом Э. Дутилхом из Университета Йены и Утрехтского университета исследователи представили этот подход "широты социальной ниши" в текущем номере журнала Nature Ecology & Evolution и использовали его для составления первой "Карты микровселенной".

Будь то горячие источники, кишечник человека или морские глубины - микроорганизмы колонизируют почти все места на Земле, иногда в экстремальных условиях. В зависимости от того, как эти организмы приспособились к конкретным условиям окружающей среды в таких экологических нишах, экологи классифицируют их как "генералистов" или "специалистов". В то время как генералисты могут справиться с широким спектром условий окружающей среды, специалисты растут только в очень специфических условиях.

"Ключевой вопрос для изучения таких различных микробных стратегий - как определить экологические ниши микроорганизмов, - говорит профессор, доктор Бас Э. Дутилх. До сих пор это делалось в основном на основе субъективных параметров окружающей среды, которые вряд ли позволяют непредвзято оценить нишу.

Поэтому биоинформатик из кластера передового опыта "Баланс микровселенной" Йенского университета совместно с исследователями из Утрехтского университета использовал новый метод описания микробных ниш, основанный на данных, в котором решающим фактором окружающей среды считается само сообщество видов, а не внешние условия среды обитания. Это работает потому, что микробные сообщества быстро адаптируются к окружающей среде, поэтому их состав отражает сумму всех факторов окружающей среды.

Для своего исследования ученые проанализировали и количественно оценили тысячи наборов метагеномных данных из различных образцов микроорганизмов со всего мира. "Мы обнаружили, что в большинстве сред обитания доминируют генералисты", - говорит Дутиль. Поначалу исследователи были удивлены этим выводом, поскольку они предполагали, что в локальных нишах могут преобладать специалисты, поскольку они лучше приспособлены к конкретным условиям. Но они обнаружили, что конкурирующие универсалы могут расти гораздо быстрее и таким образом завоевывать доминирующее положение в нише.

Для универсалов же все происходит по принципу "попал или не попал": либо они выживают, либо нет. Это делает их весьма непостоянными в своем присутствии. Специалисты более стабильны в своей нише, хотя и с низкой численностью".

Был получен и другой результат, которого исследователи не ожидали: Геномы генералистов не особенно велики. "Это предполагалось ранее, потому что считалось, что гибкость метаболизма обычно требует более крупного генома", - сообщает Дутиль. Но, как оказалось, корреляция между диапазоном ниш и размером генома более сложная.

"Мы обнаружили две контрастирующие эволюционные стратегии: В среде обитания с относительно низким локальным биоразнообразием, например, в микробиомах, связанных с животными, специалисты имеют относительно небольшой геном. В среде обитания с высоким биоразнообразием, такой как почва, геном специалистов значительно больше".

Геномы универсалов более изменчивы, чем геномы специалистов, гены в них появляются и исчезают в процессе эволюции. Это позволяет им интегрировать генетическую информацию из других организмов посредством горизонтального переноса генов и, таким образом, быстро адаптироваться к местной нише. "Мы также видим в геномах дженералистов специфические функции, связанные с горизонтальным переносом генов, - говорит Дутилх.

Функции, связанные со специалистами, гораздо более разнообразны и часто связаны с очень специфическими метаболическими процессами". Геномы специалистов эволюционно стабильны, в отличие от геномов генералистов".

"В заключение следует отметить, что наш анализ проливает новый и неожиданный свет на стратегии распределения микробных ниш по всему микробному древу жизни", - убежден Бас Э. Дутиль.