В экологии назревает смена парадигмы: оказывается, не самые распространенные, а крайне редкие молекулы могут играть решающую роль в жизни целых сообществ. Об этом говорится в новой статье, опубликованной в Trends in Ecology & Evolution. Ее автор — доктор Эрика Фриман из Института пресноводной экологии и рыболовства внутренних водоемов имени Лейбница (IGB) в Берлине.
Фриман развивает идею «молекулы‑краеугольного камня» — по аналогии с концепцией «краеугольных видов», которую в 1969 году обосновал эколог Роберт Пейн. Он показал, что исчезновение одного редкого хищника — морской звезды — способно разрушить все сообщество на каменистом берегу. Теперь Фриман предлагает взглянуть на химию экосистем похожим образом: отдельные редкие молекулы, несмотря на мизерную концентрацию, могут скреплять и направлять жизнь целого сообщества.
Долгое время мы считали, что наибольшую работу выполняют молекулы, присутствующие в наибольшем количестве. Эти исследования показывают, что молекула может встречаться крайне редко, но при этом объединять целое сообщество, подобно тому, как один редкий хищник может объединять береговую линию. Как только вы начинаете искать эти немногие мощные молекулы, вы начинаете видеть мир природы немного иначе.
В качестве примеров Фриман приводит два недавних исследования. В эстуарных иловых полях Калифорнии морской слизень Alderia harvardiensis вырабатывает защитные соединения — альдерины. Их доля составляет всего около 0,1% от массы тела животного, однако они заметно меняют состав сообщества, отпугивая одни виды и привлекая другие. Другой пример — в корнях проса прутьевидного при азотном стрессе редкие метаболиты серотонин и эктоин выступают в роли ключевых сигналов, перестраивающих корневой микробиом.
Чтобы отличать по-настоящему «ключевые» молекулы от второстепенных, Фриман формулирует четыре практических критерия: редкость самой молекулы, масштаб ее влияния, воздействие сразу на несколько мишеней и отсутствие легкой замены. Для поиска таких соединений она предлагает использовать сетевой анализ данных масс‑спектрометрии высокого разрешения, эксперименты с упрощенными синтетическими сообществами и методы машинного обучения.
По мнению исследовательницы, эти находки и инструменты открывают новый ракурс в изучении экосистем — от океанов и пресных вод до почв. Идея о «ключевых молекулах» не нова: термин ввели нейроэкологи Ричард Циммер и Райан Феррер еще в 2007 году. Но именно сейчас, считает Фриман, появились и убедительные примеры из реальных сообществ, и практическая методология для их выявления.
Ранее Наука Mail рассказывала, что найден способ повысить иммунитет растений с помощью сахарных молекул.