Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Модельной популяции нематод оказалась выгодна ранняя смерть взрослых червей

Модель колонии Caenorhabditis elegans, которая развивается из одной личинки и поглощает все имеющиеся ресурсы

Evgeniy Galimov & David Gems / Aging Cell, 2020

Британские ученые показали, что ранняя смертность взрослых особей нематод Caenorhabditis elegans может быть эволюционно выгодна для популяции. Они смоделировали развитие колоний червей в условиях ограниченных ресурсов и выяснили, что даже если нематоды остаются фертильными до самой смерти, популяции выгодно, чтобы взрослые особи умирали рано, — тогда пищи хватает для развития личинок. Особенно это важно, когда зрелые черви потребляют много ресурсов — те, кто много ест, погибают, чтобы потомки не голодали. Статья опубликована в журнале Aging Cell.

Вопрос о том, каковы функции старения и какие эволюционные преимущества оно несет, занимает умы ученых уже давно. По одной из версий, старение очищает популяцию от «износившихся» особей, чтобы сэкономить ресурсы для молодых и перспективных. Современная теория эволюции не поддерживает эту гипотезу, по крайней мере, для видов, которые живут не очень скученно. Высока вероятность, что альтруистичную гибель будут использовать более эгоистичные особи, и в таком случае суицид не будет эволюционно выгоден.

Однако виды, которые живут очень тесно, активно конкурируют за ресурсы. Если при этом генотип разных особей отличается слабо (это происходит, если организмы размножаются бесполым путем или являются гермафродитами), то альтруистичное поведение может быть выгодным для передачи генов следующему поколению.

Нематоды Caenorhabditis elegans — известный модельный организм, на котором изучают процессы старения. У них уже нашли целый ряд генов, выключение которых приводит к значительному увеличению продолжительности жизни, — значит, в норме у этих червей есть механизмы, которые ограничивают длину жизни. Однако приспособительная роль таких процессов не ясна до конца.

Дэвид Гемс (David Gems) и Евгений Галимов из Университетского колледжа Лондона предположили, что для гермафродитных C. elegans, которые живут очень тесными популяциями, альтруистичная гибель может быть адаптивным механизмом. Исследователи построили компьютерную модель, в которой черви жили в среде 300 на 300 клеток с запасом еды в центре. В модель помещали одну личинку и следили за развитием колонии, которая вырастала из нее.

Жизненный цикл виртуальных нематод состоял из трех стадий: двух личиночных и одной взрослой. При отсутствии еды одна из личинок переходила в спящую фазу, а другая превращалась в дауэровскую личинку, которые служат настоящим C. elegans для расселения. Производство дауэровских личинок и служило мерой приспособленности колонии — ведь именно благодаря этим особям нематоды осваивают новые территории и создают новые колонии.

Исследователи меняли продолжительность жизни модельных C. elegans, их производительность и ее зависимость от возраста. Неожиданно, даже если фертильность нематод не уменьшалась с возрастом, ранняя смертность повышала приспособленность колонии. Дело в том, что если черви живут долго, то увеличивается доля пищи, которую потребляют взрослые особи, — в ущерб личинкам. В таком случае ресурсы быстро заканчиваются, и сколько бы яиц не отложили нематоды за свою длинную жизнь, личинкам не хватит еды, чтобы превратиться в дауэровскую.

Выгода ранней смертности для колонии была больше, если C. elegans теряли фертильность с возрастом, — кормить особей, которые уже не оставят потомство, совсем невыгодно, — или при увеличении количества личинок, которые производит одна нематода. В последнем случае возрастает количество особей и конкуренция за ресурсы.

Когда ученые увеличили количество пищи, которое едят взрослые черви, колониям был выгоден генотип ранней смертности. Авторы объясняют это тем, что особи, которые использовали много ресурсов, должны умереть рано. Кроме того, модель подтвердила адаптивность снижения потребительской активности с возрастом, которое наблюдают у настоящих C. elegans.

В природе существуют удивительные примеры, когда самопожертвование отдельных особей оказывается эволюционно выгодным. Например, бактерии в войнах клонов устраивают массовый суицид. Они разрушают собственную оболочку и выделяют токсичные вещества, которые убивают противников.

Алиса Бахарева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.