Дрожжи и сложные морально-этические дилеммы


Честные дрожжи и дрожжи-обманщики могут жить дружно

Дрожжи в последние годы стали излюбленным объектом ученых,  занимающихся поведением социальных систем. Фото с сайта  sustainabledesignupdate.com

В популяциях дрожжей одни особи ведут себя как альтруисты, производя фермент, расщепляющий сахарозу на легко усваиваемые моносахариды — глюкозу и фруктозу. Другие особи — «эгоисты» — сами не производят фермента, но пользуются плодами чужих трудов. Теоретически, это должно приводить к полному вытеснению альтруистов эгоистами, несмотря на гибельность такого исхода для популяции в целом. Однако в реальности численность альтруистов не падает ниже определенного уровня. Как выяснилось, возможность «мирного сосуществования» альтруистов с эгоистами обеспечивается сочетанием двух обстоятельств: нелинейным характером зависимости скорости размножения от концентрации глюкозы и небольшим преимуществом, которое получают альтруисты в случае очень низкого содержания глюкозы в среде.

Излюбленной пищей дрожжей являются моносахариды, такие как глюкоза или фруктоза. При их отсутствии дрожжи могут использовать альтернативные источники энергии, в том числе дисахарид сахарозу (обычный сахар). Молекула сахарозы состоит из соединенных молекул двух моносахаридов — глюкозы и фруктозы. Чтобы усвоить сахарозу, дрожжи должны сначала расщепить ее на моносахариды. Для этого у них есть специальный фермент — инвертаза. Фермент локализован на клеточной мембране, и свою работу (то есть расщепление сахарозы) он выполняет не внутри клетки, а снаружи. Именно это обстоятельство и создает предпосылки для возникновения у дрожжей «моральной дилеммы», изучению которой посвящена обсуждаемая статья. Поскольку производство моносахаридов происходит во внешней среде, образовавшиеся глюкоза и фруктоза становятся потенциально доступны не только той клетке, которая их произвела, но и всем окружающим. Значит, можно воровать «чужие» моносахариды, не тратя собственные ресурсы на дорогостоящее производство фермента инвертазы. Клетки, производящие фермент, оказываются «альтруистами»: они тратят свои силы на то, чтобы облегчить жизнь окружающим.

Для начала авторы проверили, действительно ли дрожжи способны «помогать» друг другу, то есть делиться пищей. Если это так, то в среде, содержащей сахарозу (но не глюкозу), дрожжи должны размножаться тем быстрее, чем выше плотность популяции. Это предположение подтвердилось. Значит, кооперация у дрожжей действительно существует: глюкоза, производимая клеткой, не остается полностью в ее распоряжении, а растворяется в среде, становясь доступной другим клеткам. Чем выше плотность популяции, тем выше концентрация глюкозы в среде и тем быстрее растет вся популяция в целом.

Теперь нужно было выяснить, успевают ли «честные» дрожжи, расщепляющие сахарозу, ухватить себе хоть какую-то часть произведенных ими моносахаридов до того, как те растворятся в окружающей среде и станут общим достоянием. Эксперименты дали положительный ответ на этот вопрос. Однако доля пищи, достающаяся «честным» дрожжам за их труды, оказалась очень небольшой: лишь 1% произведенной глюкозы достается производителю, а 99% поступает в общее пользование.

**

В природных популяциях дрожжей взаимоотношения между кооператорами и обманщиками гораздо сложнее, чем в упрощенной модельной системе. Самое существенное отличие состоит в том, что дрожжи умеют регулировать синтез фермента инвертазы в зависимости от концентрации глюкозы в среде. При высокой концентрации глюкозы большинство дрожжевых клеток просто-напросто перестает синтезировать инвертазу. Иными словами, одна и та же клетка может вести себя как альтруист, пока глюкозы в среде мало и быть альтруистом выгодно, но превращается в эгоиста, когда концентрация глюкозы возрастает. Все эксперименты, описанные в обсуждаемой статье, проводились при нулевой или очень низкой концентрации глюкозы, то есть в таких условиях, когда все дрожжевые клетки, способные синтезировать инвертазу, действительно ее синтезируют.

Источник: Jeff Gore, Hyun Youk, Alexander van Oudenaarden. Snowdrift game dynamics and facultative cheating in yeast // Nature. 2009. Advance online publication.

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s