Микробиом – дирижер эволюции? Переосмысление жизни через призму микробиома

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Концепция биологии голобионта представляет собой радикальный сдвиг в нашем понимании эволюции и самой жизни. Она утверждает, что организмы не являются автономными единицами, а представляют собой сложные симбиотические системы, состоящие из хозяина (например, животного или растения) и его микробиома — совокупности микроорганизмов, обитающих внутри и на поверхности организма. Этот «суперорганизм», или голобионт, является не просто суммой своих частей, а интегрированной системой, где микробы играют активную роль в формировании признаков хозяина и его эволюционной траектории.


Долгое время биология изучала макро- и микромир по отдельности, фокусируясь на генетических механизмах эволюции и largely игнорируя влияние микроорганизмов. Микробы воспринимались как пассивные компоненты окружающей среды, не играющие существенной роли в эволюционных процессах. Однако накопление экспериментальных данных в последние десятилетия неопровержимо доказало, что микробиом оказывает глубокое влияние на физиологию, иммунитет, поведение и даже эволюцию своих хозяев.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Влияние микробиома проявляется на разных уровнях организации жизни. Микроорганизмы участвуют в пищеварении, синтезе витаминов, защите от патогенов, регуляции иммунной системы и многих других процессах. Более того, микробиом может влиять на экспрессию генов хозяина, модифицируя его фенотип и тем самым создавая новые возможности для адаптации к изменяющимся условиям среды. Таким образом, микробы не просто пассажиры, а активные участники эволюционной игры, способные изменять правила и направлять ход игры.

Биология голобионта предлагает новый взгляд на механизмы видообразования. Если каждый организм является голобионтом, то границы между видами становятся менее четкими. Микробиом может вносить существенный вклад в генетическое и фенотипическое разнообразие популяций, способствуя формированию новых видов. Этот процесс может происходить гораздо быстрее, чем традиционное видообразование, основанное на накоплении генетических мутаций в геноме хозяина.

Голобионт: На рисунке представлены два голобионта (A и B) — птицы разных видов. Каждый голобионт — это комбинация организма-хозяина и связанных с ним микробов. Визуально это показано изображением птицы и круговой диаграммы, представляющей состав ее микробиома. Разные цвета в диаграмме символизируют разные виды микробов. Гологеномные последовательности: Под птицами схематически изображены геномы хозяина и микробов. У голобионта А геном хозяина бежевый, а гены микробов — розовые и зеленые. У голобионта B — голубой и голубой с розовым и зеленым соответственно. «X» между ними обозначает скрещивание, приводящее к гибридному гологеному. Гибридные гологеномы: В результате скрещивания образуются гибридные гологеномы. Четыре строки под схемой скрещивания показывают различные комбинации генов хозяина и микробов в потомстве. Подписи справа указывают на три источника вариаций в гибридных гологеномах: вертикальное наследование (от родителей), приобретение микроорганизмов из окружающей среды и горизонтальный перенос генов между микробами. Количественный гологеномный анализ: График внизу показывает силу связи между генами хозяина, генами микробов, таксонами микробов и их взаимодействиями с вариацией признаков среди разных гологенотипов. Бежевые столбцы представляют вклад хромосомы хозяина, коричневые и зеленые — вклад микробных геномов, голубые — вклад таксонов. Высота столбцов отражает силу влияния на вариабельность признаков. Круговая диаграмма справа символизирует интергеномные эффекты, т. е. взаимодействие между генами хозяина и микробиома. Цитирование: Seth R. Bordenstein, The Holobiont Biology Network, The disciplinary matrix of holobiont biology. Science386,731-732(2024).DOI:10.1126/science.ado2152
Автор: Seth R. Bordenstein Источник: www.science.org

Практическое значение биологии голобионта огромно. Понимание взаимодействия между хозяином и его микробиомом открывает новые перспективы в медицине, сельском хозяйстве и экологии. Манипулируя составом микробиома, можно разрабатывать новые методы лечения заболеваний, повышать урожайность сельскохозяйственных культур, бороться с вредителями и восстанавливать нарушенные экосистемы.

Биология голобионта — это не просто новая научная дисциплина, это новая философия биологии, которая призывает нас пересмотреть наши представления о жизни и эволюции. Она подчеркивает важность взаимосвязей между организмами и окружающей средой, открывая новые горизонты для научных исследований и технологических разработок. Это наука будущего, которая обещает революционизировать наше понимание живого мира.

Читайте также

Новости

Публикации