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
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.
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.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему современные болиды стали тише: куда исчез рёв гоночных моторов?

Раньше звук болида Формулы-1 было сложно перепутать с чем-либо другим. Высокочастотный рёв двигателя разносился по всей трассе, а во время разгона казалось, что мотор буквально разрывает воздух....

Керосинка наносит ответный удар. Ретро-дизайн и современная яркость. Обзор Moslighting MOS-M1

Огромная ёмкость аккумулятора, теплый и яркий нейтрально-белый свет, плавная регулировка яркости и уютная внешность старой-доброй «керосинки». Кемпинговый фонарик от Moslighting в очередной раз...

В холодную или кипящую воду класть картофель: почему результат получается разным

Казалось бы, что может быть проще варёной картошки? Почистили клубни, положили в кастрюлю, залили водой и поставили на плиту. Но даже здесь возникает вопрос, из-за которого хозяйки могут...

Красный плюс на светофоре: что означает этот сигнал и как правильно действовать водителю

На сложных перекрёстках в ряде стран можно встретить светофор с дополнительной секцией, в которой горит красный символ в виде плюса. Этот сигнал вызывает вопросы даже у опытных водителей, привыкших...

Почему нельзя ждать, пока гейзерная кофеварка зашипит, и зачем макать ее в холодную воду: как сварить дома густой кофе без горечи

Характерное бурление и шипение, которые раздаются из гейзерной кофеварки в конце ее работы, большинство людей воспринимают как сигнал о том, что кофе готов. Однако замеры температуры и давления...

Инструкция по сборке Вселенной: почему для симуляции одного человека хватит энергии настольной лампы

В чилийской пустыне Атакама, на высоте двух с половиной тысяч метров, работают телескопы Паранальской обсерватории. Свет далеких галактик, который улавливают здешние зеркала, летит сквозь космос...