Как показало новое исследование, проведенное в Институте Гельмгольца по функциональному морскому биоразнообразию при университете Ольденбурга (Германия) и опубликованное в журнале PNAS, микробные экосистемы — это не просто набор отдельных видов, а настоящие сети, где каждый организм связан с другими через цепочки обмена веществами. Даже малейший сбой в этих связях может привести к разрушению всей системы.
Ученые давно знали, что в лабораторных условиях крайне сложно воспроизвести то богатое микробное разнообразие, которое существует в природе. Казалось бы, все просто — дай микробам нужные питательные вещества, и они должны расти. Но на практике многие из них погибают.
Новое исследование дает ответ на этот парадокс. Оказывается, дело не только в индивидуальных потребностях каждого микроба, но и в том, кто находится рядом с ним. Многие виды зависят от того, что выделяют их соседи — продукты обмена веществ, без которых они не могут существовать. Это как лес, в котором деревья зависят от грибов, а насекомые — от растений, только в микроскопическом масштабе.
Для анализа этих сложных взаимосвязей исследователи применили теорию сетей — математический подход, обычно используемый для изучения крупных и сложных систем, таких как энергосети или социальные взаимодействия. Выяснилось, что микробные сообщества также подвержены «эффекту домино» — исчезновение одного вида, выполняющего важную функцию в цепочке, может запустить цепную реакцию, которая разрушит и другие связи. В итоге экосистема внезапно переходит в состояние с меньшим разнообразием и меньшей устойчивостью.
Эти выводы помогают понять, почему выращивание микробных сообществ в лаборатории часто оборачивается неудачей. Без «правильных» соседей многие микробы просто не могут выжить. Даже если в лаборатории хватает ресурсов, отсутствие нужных партнеров по обмену веществами делает всю экосистему нестабильной.
Результаты исследования могут быть полезны для медицины, сельского хозяйства и экологии. Они показывают, что даже в средах, богатых ресурсами, таких как лабораторные культуры, сообщества могут разрушаться, если сеть взаимозависимостей будет нарушена. Более того, модель демонстрирует, что восстановление разрушенной системы может оказаться непростым, даже если вернуть все необходимые ресурсы.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что на китайской космической станции обнаружены неизвестные виды бактерий.