Волки и овцы: Хищники и жертвы в чашке Петри
Ученые, работающие под руководством доктора Линчона Ю (Lingchong You), изучили взаимодействие хищника и жертвы на популяционном уровне, для чего разработали живую систему из генетически модифицированных бактерий. Они переписали «программное обеспечение» кишечной палочки (Escherichia coli) таким образом, что две разных бактериальных популяции сформировали в лабораторных условиях типичную систему взаимодействий хищника и жертвы. Правда, они не пожирали друг друга напрямую, а управляли численностью популяции-оппонента, влияя на частоту «самоубийств» в ней.
Ключевым моментом успешного функционирования такой системы в целом является способность двух популяций взаимодействовать между собой. Авторы создали два штамма бактерий — «хищников» и «травоядных», которые в зависимости от ситуации высвобождали в среду либо токсичные, либо защитные соединения. Изменения количества клеток одной из популяций активируют перепрограммированные гены, что запускает синтез определенных химических соединений.
Так, малое количество «травоядных» клеток вызывает активацию гена самоуничтожения в клетках хищника и их гибель. Однако по мере увеличения численности жертв высвобождаемое ими в среду соединение достигает критической концентрации и активирует ген «хищника», обеспечивающий синтез «антидота» к суицидальному гену. Это ведет к росту популяции хищников, что, в свою очередь, приводит к накоплению в среде синтезируемого хищниками соединения, толкающего жертв на самоубийство. С помощью флуоресцентной микроскопии ученые документировали все эти нехитрые взаимодействия.
Эта система не является точным отображением взаимодействий хищник-жертва в природе, поскольку бактерии-хищники не питаются бактериями-жертвами и обе популяции конкурируют за одни и те же пищевые ресурсы. Однако авторы считают, что разработанная ими система является полезным инструментом для биологических исследований. Новая система демонстрирует четкую взаимосвязь между генетикой и динамикой популяций, помогая изучить влияние молекулярных взаимодействий на популяционные изменения. Система предоставляет практически неограниченные возможности изменения переменных для детального изучения взаимодействий между окружающей средой, регуляцией генов и популяционной динамикой.
Между прочим, изучение эволюционных моделей взаимодействия могут помочь в разработке лекарства против рака. Читайте об этом: «Эволюция и космология».