Бактерии озера Мендота: повторяющиеся цикл эволюции

В озере Мендота (Висконсин) бактерии живут в бесконечном цикле, напоминающем сюжет фильма "День сурка". Только вместо дней речь идёт о годах.

Фото: commons.wikimedia.org by Хадасса Лот де Оливейра, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Бактерии

Исследование, показало, что бактерии быстро эволюционируют в ответ на смену сезонов, но затем возвращаются к прежним генетическим характеристикам.

"Я был удивлён, что изменения происходят у столь многих видов, ожидал найти пару примеров, но их оказались сотни" — рассказывает Робин Ровер из Техасского университета в Остине.

Генетический круговорот

Бактерии в озере Мендота переживают значительные изменения в течение года. Летом водоросли обеспечивают их азотом, а зимой условия резко меняются.

Отдельные штаммы бактерий становятся доминирующими в зависимости от сезона. Однако с приходом нового года экосистема возвращается к генетическому состоянию, близкому к исходному.

Для изучения этого феномена учёные использовали архив из 471 образца воды, собранного за 20 лет. Анализ метагенома — генетических последовательностей ДНК бактерий — позволил восстановить длительную эволюционную историю.

Это самый длинный временной ряд данных о микробных сообществах, собранный в естественной среде.

Экстремальный 2012 год

Необычные погодные условия 2012 года (раннее таяние льда, жаркое лето, снижение притока воды и нехватка водорослей) стали переломным моментом. У многих бактерий произошли изменения в генах, связанных с метаболизмом азота.

"Мы обнаружили значительные изменения у 20% бактерий, Это гораздо больше, чем мы ожидали"— говорит Ровер. 

Климат и эволюция

Исследование показало, что климатические изменения могут существенно влиять на бактерии. Ожидается, что экстремальные погодные явления в регионе будут учащаться, что станет новым вызовом для микробов.

"Мы не знаем точно, как они отреагируют, но ясно одно: эволюция будет происходить как в ответ на плавные, так и на резкие изменения"— объясняет Ровер.

Технологический прорыв

Для анализа данных использовался суперкомпьютер Техасского центра передовых вычислений (TACC), что позволило собрать 30 000 геномов 2800 видов бактерий. Такой объём работы на обычном ноутбуке занял бы 34 года.

"Представьте, что каждый геном — это книга, а ДНК — фрагменты текста. Наша задача — собрать все предложения в правильном порядке", — поясняет Ровер.

Ключевые факты

• Исследование охватывает 20 лет наблюдений.
• Выявлено, что бактерии возвращаются к прежнему генетическому состоянию после смены сезонов.
• Необычные погодные явления вызывают долгосрочные изменения в генах.
• Работа открывает новые перспективы для изучения эволюции микроорганизмов.

Уточнения

День сурка́ (англ. Groundhog Day) — традиционный праздник в США и Канаде, отмечаемый ежегодно 2 февраля. Считается, что в этот день нужно наблюдать за сурком, вылезающим из своей норы. По его поведению можно судить о близости наступления весны.