Hooray for Social Diversification
Τα συστήματα πολλαπλών μονάδων βασίζονται στην ικανότητα κοινωνικής αλληλεπίδρασης. Για παράδειγμα, οι πολυκύτταροι οργανισμοί, όπως εμείς, αποτελούνται από διαφοροποιημένους ιστούς που αποτελούνται από δεκάδες δισεκατομμύρια κύτταρα, τα οποία έχουν όλα την ικανότητα να επικοινωνούν και να αλληλεπιδρούν συνεργατικά μεταξύ τους, οδηγώντας μερικές φορές σε ισχυρό καταμερισμό εργασίας και αλληλεξάρτηση. Μερικές φορές, μπορεί να προκύψουν μεταλλαγμένα κύτταρα, τα οποία μπορεί να αποκλίνουν από τους τρόπους συνεργασίας τους και να ακολουθήσουν τα δικά τους εγωιστικά ενδιαφέροντα, οδηγώντας δυνητικά σε ανάπτυξη καρκινικών κυττάρων, θέτοντας έτσι σε κίνδυνο την επιβίωση της ομάδας ως συνόλου.
Πολλοί μονοκύτταροι μικροοργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων, αλληλεπιδρούν με παρόμοιους ευπροσάρμοστους τρόπους:σχηματίζουν κοινότητες και ανταλλάσσουν χρήσιμους πόρους μεταξύ τους, και μερικές φορές προκύπτουν απατεώνες μέσω τυχαίων μεταλλάξεων που μπορούν να σαρώσουν δημόσια αγαθά που παράγονται από τη συνεταιριστική ομάδα αλλά δεν συνεισφέρουν περισσότερο από το εξωπροϊόν, κερδίζοντας έτσι ένα πλεονέκτημα έναντι των παραγωγών.
Το βακτήριο Myxococcus xanthus είναι ιδιαίτερα συνεργάσιμη. Μπορεί να βρεθεί σε χερσαία εδάφη παγκοσμίως και χρησιμεύει ως μοντέλο για την καλύτερη κατανόηση της μικροβιακής κοινωνικής εξέλιξης και ανάπτυξης. Αυτό το αρπακτικό βακτήριο σχηματίζει μεγάλες ομάδες συνεργατών σε εδάφη που συλλογικά σμήνη και κυνηγούν άλλη μικροβιακή ζωή. Παράγουν και εκκρίνουν ειδικά λιπαντικά μόρια για να διευκολύνουν την κίνηση της ομάδας με τη βοήθεια ανασυρόμενων εξαρτημάτων που εκτοξεύονται και προσκολλώνται στην επιφάνεια ή σε άλλα γειτονικά κύτταρα. Τέλος, ως απόκριση στην πείνα, δεκάδες χιλιάδες από αυτά τα βακτηριακά κύτταρα μπορούν να συσσωματωθούν σε μεγάλα καρποφόρα σώματα, τα οποία αυξάνουν τις πιθανότητές τους να επιβιώσουν τόσο από την πείνα όσο και από το στρες αποξήρανσης.
Οι συγγενείς ομάδες μυξοβακτηρίων έχουν μεγάλη διαφοροποίηση
Σε θεωρητικούς λόγους, οι συνεργατικές ομάδες μικροβίων αναμένεται να είναι κοινωνικά και γενετικά ομοιογενείς για να αποφευχθεί η σύγκρουση μεταξύ άσχετων κυττάρων που θα υπονόμευαν τη συνεργασία. Είναι σημαντικό ότι γενετικά διαφορετικά άτομα που προέρχονται από διαφορετικές κοινωνικές ομάδες έχει αποδειχθεί προηγουμένως ότι γενικά αποφεύγουν, εμποδίζουν ή ακόμη και πολεμούν το ένα το άλλο. Ωστόσο, η γνώση σχετικά με την ακριβή γενετική σύνθεση συνεργαζόμενες ομάδες βακτηρίων όπως το M. ξανθός καρποφόρα σώματα στη φύση είναι εξαιρετικά περιορισμένα. Έτσι, ξεκινήσαμε να εξετάσουμε πιο προσεκτικά τις γενετικές και φαινοτυπικές σχέσεις μεταξύ μελών τέτοιων ομάδων καρποφόρων σωμάτων του M. ξανθός σε κομμάτια χερσαίου εδάφους.
Στο πρόσφατο άρθρο μας που δημοσιεύτηκε στο Science , αναλύσαμε ολόκληρο το γονιδίωμα 120 ατόμων που προέρχονται από έξι διαφορετικές ομάδες καρποφόρων σωμάτων. Βρήκαμε ότι είναι ομάδες συγγενών που αποτελούνται από πολύ στενά συνδεδεμένα κύτταρα που προέρχονται από έναν πρόσφατο κοινό πρόγονο. Παρά το γεγονός ότι αποτελούνται από στενούς συγγενείς, αυτές οι ομάδες φιλοξενούν έναν απροσδόκητα υψηλό βαθμό διαφοροποίησης στους γονότυπους και στους κοινωνικούς φαινοτύπους συμπεριφοράς. Από λεπτομερή πρότυπα γενετικής ποικιλότητας, θα μπορούσαμε να συμπεράνουμε ότι οι ομάδες αποτελούνται από διαφοροποιημένες κυτταρικές σειρές που φαίνεται να συνυπήρχαν σε πολλές περιπτώσεις για εκατοντάδες γενιές.
Τα κοινωνικά γονίδια ως hotspot επιλογής
Επιθεωρήσαμε περαιτέρω τη γενετική παραλλαγή κατά μήκος των κλάδων αυτών των δικτύων και επίσης χαρτογραφήσαμε παρατηρούμενες κοινωνικές συμπεριφορές στις φυλογένειες της ομάδας. Αυτά τα δεδομένα αποκάλυψαν ότι η υψηλή ποικιλομορφία των προτύπων συμπεριφοράς εντός των ομάδων οφειλόταν στην ισχυρή φυσική επιλογή που επικεντρώνεται σε έναν μικρό αριθμό «κοινωνικών» γονιδίων που ελέγχουν τις κοινωνικές συνήθειες των μυξοβακτηρίων. Οι μεταλλάξεις σε τέτοια «κέντρα επιλογής» προκάλεσαν ποικίλες αλλαγές συμπεριφοράς, οι οποίες τελικά απέδωσαν πολύ διαφορετικές κοινωνίες κυττάρων με ποικίλους βαθμούς παραγωγής σπορίων και ταχύτητες σμήνων, οι τελευταίοι από τους οποίους θα πρέπει επίσης να επηρεάσουν τις συνεταιριστικές κυνηγετικές ικανότητες της ομάδας.
Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι συγκεκριμένοι συνδυασμοί διαφοροποιημένων κυτταρικών σειρών μπορεί να είναι πιο επιτυχημένοι στη φύση από άλλους, πιθανώς λόγω ενός πιο ευέλικτου συμπεριφορικού ρεπερτορίου για να ανταποκρίνεται αποτελεσματικότερα στις περιβαλλοντικές αλλαγές. Ως εκ τούτου, η "πολιτιστική ποικιλομορφία" μπορεί μερικές φορές να προάγει την εξελικτική επιτυχία στο εστιακό μικρόβιο του εδάφους μας.
Η αναζήτηση για την καλύτερη κατανόηση των θεμελίων της κυτταρικής συνεργασίας
Η μονοκύτταρη ζωή είναι πανταχού παρούσα στον πλανήτη μας και εξυπηρετεί κεντρικές λειτουργίες για την καθημερινή μας ζωή:για παράδειγμα, ως προβιοτικοί κάτοικοι ή παθογόνα της εντερικής μας χλωρίδας ή ως μικροβικοί εταίροι και ανταγωνιστές στην παραγωγή τροφίμων. Πολλά από αυτά τα μικρόβια συνδυάζονται σε μεγάλες, συνεργάσιμες κυτταρικές ομάδες στη φύση. Πιστεύουμε ότι οι γνώσεις μας βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση των γενετικών και συμπεριφορικών ιδιοτήτων τέτοιων συνεργατικών ομάδων γενικά. Αυτό μπορεί να διευρύνει την κατανόησή μας για το πώς η συνεργασία μπορεί να είναι μια επιτυχημένη στρατηγική και πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις πληροφορίες — για παράδειγμα, για να αποκρούσουμε παθογόνους τύπους κοινωνικών βακτηρίων, συμπεριλαμβανομένου του σημαντικού παθογόνου Pseudomonas aeruginosa, το οποίο μολύνει ανοσοκατεσταλμένους ασθενείς και προκαλεί σοβαρές μακροχρόνιες λοιμώξεις.
