Книга: Эволюция кооперации и альтруизма: от бактерий до человека
5. Защита от обманщиков у социальных амеб Dictyostelium
5. Защита от обманщиков у социальных амеб Dictyostelium
Проблема обманщиков хорошо знакома и более сложным одноклеточным организмам, таким как социальные амебы Dictyostelium. Как и многие бактерии, эти амёбы при недостатке пищи собираются в большие многоклеточные агрегаты (псевдоплазмодии), из которых затем образуются плодовые тела. Те амёбы, чьи клетки идут на построение ножки плодового тела, жертвуют собой ради товарищей, которые получают шанс превратиться в споры и продолжить род.
Амёбы Dictyostelium при недостатке пищи собираются в многоклеточные агрегаты (слева), из которых затем образуются плодовые тела на длинной ножке (справа).
Создается впечатление, что эволюция неоднократно «пыталась» создать из социальных бактерий или простейших многоклеточный организм — но дело почему-то не пошло дальше плазмодиев и довольно просто устроенных плодовых тел. Все по-настоящему сложные многоклеточные организмы формируются иным путем — не из множества индивидуальных клеток с немного различающимися геномами, а из потомков одной-единственной клетки (что гарантирует генетическую идентичность всех клеток организма).
Одна из причин «эволюционной бесперспективности» многоклеточных организмов, образующихся из скоплений одноклеточных индивидуумов, состоит в том, что такие организмы создают идеальные условия для развития социального паразитизма и нахлебничества. Любая мутация, позволяющая одноклеточному индивиду пользоваться преимуществами жизни в многоклеточном «коллективе» и ничего не давать взамен, имеет шанс распространиться, невзирая на ее гибельность для популяции.
Социальный паразитизм у амеб Dictyostelium
Мы уже знаем, что, для того чтобы выжить, социальным организмам необходимо как-то защищаться от нахлебников. Эксперименты, проведенные на диктиостелиуме, показали, что вероятность развития устойчивости в результате случайных мутаций у этого организма тоже довольно высока, как и у миксококков. Опыты проводились с двумя штаммами диктиостелиума — «честными» и «обманщиками». Если их начать морить голодом, они образуют химерные (смешанные) плодовые тела. При этом «обманщики» занимают лучшие места в плодовом теле и превращаются в споры, предоставляя «честным» амёбам в одиночку строить ножку плодового тела. В результате среди образовавшихся спор резко преобладают споры обманщиков.
Сначала исследователи искусственно повысили темп мутирования у «честных» амёб. Затем из множества получившихся мутантов взяли тысячу особей с разными мутациями и каждой из них дали возможность размножиться.
После этого начался отбор на устойчивость к нахлебникам, причем в качестве отбирающего агента использовались сами нахлебники. Амёб из тысячи мутантных штаммов смешивали в равной пропорции и объединяли с амёбами-обманщиками. Смешанную популяцию морили голодом, заставляя образовывать плодовые тела. Затем собирали образовавшиеся споры и выводили из них амёб. Естественно, среди них преобладали обманщики, но экспериментаторы убивали всех обманщиков антибиотиком (в геном честных амеб предварительно был вставлен ген устойчивости к данному антибиотику). В результате получалась смесь амёб-мутантов, но из тысячи исходных штаммов в ней теперь преобладали те, кто смог лучше других противостоять обманщикам. Этих амёб снова смешивали с обманщиками и снова заставляли образовывать плодовые тела.
После шести таких циклов в популяции амёб-мутантов остались представители только одного из тысячи исходных штаммов. Эти амебы оказались надежно защищены от обманщиков в результате мутации, которая у них произошла. Причем они защитились не от любых обманщиков, а только от тех, с которыми им пришлось конкурировать в эксперименте.
Более того, оказалось, что эти амебы-мутанты защищают от обмана не только себя, но и другие штаммы честных амёб, если их смешать. Ясно, что взаимопомощь честных штаммов открывает дополнительные возможности для борьбы с обманщиками.
Синим и желтым цветами обозначены два штамма амёб — «обманщики» и «честные», а — при избытке пищи амёбы живут поодиночке, растут и размножаются делением; b-c — при недостатке пищи амёбы собираются в скопления, d — образуются многоклеточные агрегаты, которые могут ползать на манер слизней; е-g — многоклеточный агрегат превращается в «плодовое тело» на ножке. Видно, что «обманщики» захватили почти все лучшие места в плодовом теле и превратились в споры, предоставив всю работу по созданию ножки «честным».
Эти эксперименты были повторены много раз, и каждый раз в том или ином штамме амеб мутантов возникала устойчивость, причем мутировали разные гены и механизмы устойчивости возникали разные. Некоторые устойчивые штаммы сами при этом стали обманщиками по отношению к диким амебам, а другие остались честными.
Исследование показало, что вероятность появления мутаций, обеспечивающих защиту от нахлебников, у диктиостелиума довольно высока. Само присутствие нахлебников способствует распространению защитных мутаций. Это должно приводить к эволюционной «гонке вооружений» между обманщиками и честными амёбами: первые совершенствуют средства обмана, вторые — средства защиты. Anupama Khare, Lorenzo A. Santorelli, Joan E. Strassmann, David C. Queller, Adam Kuspa, Gad Shaulsky. Cheater-resistance is not futile // Nature. Advance online publication 30 September 2009.
Эти примеры показывают, что в природе, очевидно, идет постоянная борьба между альтруистами и обманщиками, и поэтому геномы этих организмов «настроены» естественным отбором так, что случайные мутации с большой вероятностью могут приводить к появлению защиты от той или иной разновидности обманщиков.
Нечто подобное наблюдается в клетках иммунной системы многоклеточных животных. Аналогия между иммунной системой многоклеточных и средствами защиты от обманщиков у социальных одноклеточных может оказаться весьма глубокой. Есть даже гипотеза, согласно которой сложная иммунная система у животных изначально развилась не для борьбы с инфекциями, а для борьбы с клетками-обманщиками, клетками-эгоистами, которые пытались паразитировать на многоклеточном организме.
После всего сказанного, я думаю, уже понятно, что появление многоклеточных организмов было крупнейшим триумфом эволюции альтруизма. Ведь в многоклеточном организме большинство клеток — это клетки-альтруисты, которые отказались от собственного размножения ради общего блага.
- 1. Кооперация и альтруизм
- 2. Родственный отбор
- 3. Альтруисты и обманщики среди бактерий: эксперименты с Pseudomonas fluorescens
- 4. Опыты с Myxococcus xanthus показывают, что способность защищаться от обманщиков может появляться в результате единичных мутаций
- 5. Защита от обманщиков у социальных амеб Dictyostelium
- 6. Мирное сосуществование альтруистов и обманщиков у дрожжей
- 7. Парадокс Симпсона
- 8. «Полиция нравов» у общественных насекомых
- 9. Склонность к альтруизму сильнее у тех, кому нечего терять
- 10. Чтобы предотвратить появление обманщиков, нужно обеспечить генетическую идентичность кооператоров
- 11. Межгрупповая конкуренция способствует внутригрупповой кооперации
- 12. Альтруизм у людей зависит не только от воспитания, но и от генов
- 13. Альтруизм, парохиализм и стремление к равенству у детей
- 14. Межгрупповые войны — причина альтруизма?
- Непрямая реципрокность (indirect reciprocity)
- Некоторые идеи не вошедшие в доклад
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- Содержание книги
- Популярные страницы
- 3. Защита: сторожа из животного мира
- К– и r-стратегии социальных контактов как психологические типы
- Могут ли собаки обнаруживать обманщиков?
- 8.2. Влияние экономических и социальных факторов на выбор репродуктивной стратегии
- Развитие социальных контактов
- 4. Опыты с Myxococcus xanthus показывают, что способность защищаться от обманщиков может появляться в результате единичн...
- 10. Чтобы предотвратить появление обманщиков, нужно обеспечить генетическую идентичность кооператоров
- 6. Мирное сосуществование альтруистов и обманщиков у дрожжей
- Глава 7. Ненаписанные главы: еще о разнообразии социальных систем в мире животных
- Установление социальных связей.
- Сравнение социальных систем.
- Эволюция кооперации и альтруизма: от бактерий до человека