Популяции морских бактерий складываются из «мирного населения» и клеток-охранников, которые с помощью антибиотика подавляют рост конкурирующих сообществ.

Бактерию Vibrio vulnificus можно легко найти в тёплом море. (Фото Microbe World.)

Социальная структура — важное эволюционное достижение: она позволяет ослабить конкуренцию внутри сообщества и эффективнее бороться с конкурентами за его пределами. Специализация индивидуумов, которая случается при любых социальных отношениях, позволяет более полно использовать ресурсы среды и вырабатывать стратегию борьбы с чужаками. Однако до сих считалось, что формировать социум и распределять между собой роли могут только растения и животные: птицы, звери, рыбы, насекомые и т. д., но уж никак не одноклеточные прокариоты.

Исследователи из Массачусетского технологического института (США) показали, что бактерии как раз тоже способны вступать в некое подобие социальных отношений. Тут можно вспомнить феномен кворум-сенсинга, когда бактерии реагируют на плотность собственной популяции и предпринимают какие-то меры для её регуляции. Но в этом случае никакой социальной специализации нет, а кроме того, это внутреннее дело конкретной популяции. В статье же, опубликованной в журнале Science, речь идёт о том, как отдельные представители бактериальной популяции защищают её от чужой, враждебной группы.

Исследователи изучали взаимоотношения между разными штаммами морских бактерий Vibrionaceae. Эти штаммы предпочитают разные условия обитания: одни свободно плавают в толще воды, другие любят оседать на водорослях. Близкородственные виды при этом часто вступают в конфликт, так как претендуют на одну и ту же нишу с одинаковыми ресурсами. До сих пор считалось, что бактерии действуют по принципу «каждый за себя», то есть у каждой отдельной клетки есть всё необходимое, чтобы дать отпор конкуренту. Действительность оказалась иной: в каждой популяции есть группа клеток, которые синтезируют антибиотик, губительный для чужаков. При этом остальные члены сообщества этот антибиотик не вырабатывают, зато обладают устойчивостью к нему. В итоге получается нечто вроде социальной структуры, где «мирное население» группируется вокруг индивидуумов, располагающих химическим оружием.

Исследователи проанализировали контакты между 185 штаммами Vibrionaceae: сравнивая взаимоотношения между парами штаммов, учёные проверили около 35 тысяч химических взаимодействий. Оказалось, что 44% могут подавлять рост бактерий, по крайней мере одного иного вида. В свою очередь, 86% могут испытывать неудобство — по крайней мере со стороны одного штамма. Разумеется, у другого, вражеского штамма тоже появляется свой антибиотик, направленный против остальных, так что бактерии находятся в постоянной эволюционной гонке химический вооружений.

Самым неожиданным для исследователей, по их словам, стало то, что ответственными за социальную дифференцировку оказались гены, имеющие отношение к антибиотикам — всегда считавшиеся заведомыми «эгоистами». Очевидно, разница в социальном положении отражена в генетическом коде клетки, и это может объяснить, почему бактерии даже из одной популяции, которые теоретически должны быть полными клонами друг друга, способны нести заметные генетические различия.

Разумеется, такая организация чрезвычайно проста, но не исключено, что в будущем удастся найти и другие социальные параметры, по которым бактерии могут различаться внутри популяции. Полученные данные не только сообщают нечто новое о месте социальных отношений в живой природе, но и заставляют иначе взглянуть на известную проблему устойчивости к антибиотикам патогенных бактерий.