Интернет: новые возможности и перспективы – людям!

Всероссийский Фестиваль интернет-проектов

«Новая Реальность»
 
 
 
 
 
 
 

График проведения Фестиваля

25 ноября 2008
Москва
Церемония вручения Премии Рунета 2008
23 декабря 2008
Москва
Итоги 2008 года
1-4 апреля 2009
Москва
Российский интернет-форум

От паразита можно защититься, но иногда выгоднее ему поддаться

Наблюдения за озерными популяциями дафний, в разной степени подверженными паразитарной инфекции, показали, что между способностью дафний вырабатывать устойчивость к действию паразита (грибка Metschnikowia bicuspidata) и их плодовитостью (количеством откладываемых яиц) существует четко выраженная отрицательная корреляция. Из-за этого формирование у хозяина устойчивости к паразитарной инфекции не всегда для него выгодно. Иногда лучше пожертвовать устойчивостью к воздействию паразита, но сохранить плодовитость, достаточную для поддержания популяции. Выбор оптимальной стратегии эволюции зависит от условий, складывающихся в водоеме, что было недавно подтверждено группой американских исследователей. В озерах, где дафнии были хорошо обеспечены пищей, паразиты поражали значительную часть популяции, но к концу лета у дафний развивалась устойчивость к заражению. А вот в озерах малопродуктивных, где дафнии испытывали нехватку пищи (или в тех, где их интенсивно выедали рыбы), паразитарная инфекция охватывала меньшую часть популяции, причем устойчивость к воздействию паразитов у них снижалась. Такова была «плата» за сохранение достаточно высокого уровня плодовитости.

Паразиты нередко оказывают сильное влияние на своих хозяев, снижая их выживаемость и/или рождаемость. Во время эпидемий, когда эффект этот становится особенно заметным, в популяции хозяев начинается отбор на устойчивость к воздействию паразита. Однако теоретически возможен и такой вариант, при котором у хозяина, как ни странно, формируется повышенная подверженность паразитарной инфекции. Такое, в частности, может происходить, если существует обратная связь — трейдофф (trade-off) — между устойчивостью к действию паразита и плодовитостью хозяина. Некоторые генотипы хозяина могут быть более устойчивыми к паразитарной инфекции, но характеризоваться пониженной плодовитостью, тогда как другие, наоборот, могут быть подвержены действию паразита, но при этом иметь высокую плодовитость. Соответственно, оптимальная эволюционная стратегия будет определяться соотношением выгоды от устойчивости к воздействию паразита и выгоды от повышенной плодовитости особей, не защищенных от паразита. Данное соотношение, в свою очередь, зависит от экологических условий в месте обитания хозяина и паразита.
 

Справа вверху: дафния (Daphnia dentifera) не пораженная паразитическими дрожжами. Слева внизу — зараженная паразитическими дрожжами (паразиты растут в тканях тела, придавая рачку коричневую окраску). Такие окрашенные дафнии более заметны в толще воды и поэтому в большей степени поедаются рыбами. У верхней самки хорошо видны яйца в выводковой камере; у нижней (пораженной грибком) в выводкой камере видны развившиеся эмбрионы с глазами. Изображение с сайта gtresearchnews.gatech.edu

Если биотоп (местообитание) характеризуется высокой продуктивностью и популяция хозяина не испытывает нехватки пищи и/или в биотопе очень слабый пресс хищников, то паразитарная инфекция в таких условиях развивается довольно быстро. Теория предсказывает, что в популяции хозяев при этом начнет формироваться устойчивость к воздействию паразита несмотря на то, что устойчивые генотипы будут иметь пониженную плодовитость. Благодаря достаточному количеству пищи и/или отсутствию пресса хищников, существованию популяции хозяина некоторое снижение его плодовитости ничуть не угрожает.
 

Особи Daphnia dentifera, не пораженные паразитическими дрожжами (в верхнем ряду крайняя справа и в нижнем ряду посередине) и пораженные (все остальные). Изображение с сайта gtresearchnews.gatech.edu

Другая ситуация складывается в местообитаниях, для которых характерна низкая продуктивность (мало пищи) и/или сильный пресс хищников. В таких условиях снижать уровень рождаемости недопустимо (высока угроза вымирания популяции), и поэтому оптимальной стратегией является отказ от выработки устойчивости к паразиту. Генотипы хозяина, восприимчивые к заражению паразитами, сохраняют достаточно высокую плодовитость (в сравнении с устойчивыми к заражению генотипами) и поэтому способны обеспечить выживание популяции.

Приведенные выше рассуждения оказалось возможным проверить на практике. Меган Даффи (Meghan Duffy) из Технологического института штата Джорджия (Атланта, Джорджия, США) совместно с коллегами из того же и двух других научных учреждений США изучала поражение популяций дафнии Daphnia dentifera паразитарной инфекцией, вызванной дрожжевыми грибками Metschnikowia bicuspidate. Механизм трейдоффа (отрицательной связи) между устойчивостью дафний к заражению паразитами и их плодовитостью в данном случае объясняется меняющейся скоростью отфильтровывания дафниями своей пищи. Если дафния фильтрует медленнее, она потребляет меньше не только пищи, но и спор паразитических грибов. Соответственно, она оказывается не зараженной паразитами, но отличается низкой плодовитостью, поскольку не накапливает достаточного количества ресурсов (плодовитость, то есть среднее число яиц на одну самку, у дафний и других ветвистоусых ракообразных тесно зависит от обеспеченности рачков пищей).

Даффи и ее соавторы предположили, что паразитарные эпидемии должны развиваться прежде всего в озерах высокопродуктивных и/или со слабым прессом хищников. Реакцией же на сильное заражение должна быть выработка у дафний из этих водоемов устойчивости к паразитам. В озерах малопродуктивных и/или характеризующихся сильным прессом хищников эпидемия не должна развиваться столь бурно; при этом у дафний скорее всего не будет вырабатываться устойчивость к заражению паразитами.

Проверить эти предположения удалось, изучая в течение вегетационного сезона динамику популяций дафний и степень их поражения паразитами в семи разных озерах штата Индиана. Для оценки продуктивности озер использовали данные по содержанию фосфора и азота, двух важнейших элементов минерального питания фитопланктона, нехватка которых наиболее часто ограничивает рост планктонных водорослей. Для того чтобы проследить за возможной эволюцией хозяев (дафний) при развитии паразитарной инфекции, в лаборатории начали вести культуры дафний, полученные от особей, пойманных в начале и в конце сезона. Поскольку дафнии в летнее время представлены только партеногенетически размножающимися самками, получить такие культуры было несложно. Затем данные культуры заражали спорами Metschnikowia bicuspidate и отмечали, насколько сильно поражение и выработались ли в течение лета защитные механизмы от паразита.
 

Озеро Даунинг — одно из семи озер в штате Индиана, в которых изучали взаимоотношения дафний и паразитических дрожжей. Изображение с сайта gtresearchnews.gatech.edu

Результаты наблюдений за озерными популяциями, а также данные экспериментов позволили утверждать, что в 6 из 7 озер в течение летних месяцев произошли изменения в реакции дафний на заражение паразитами. В трех озерах дафнии стали более устойчивыми к паразитам, а в трех других, наоборот, менее устойчивыми. Сравнение общих экологических характеристик всех озер показало, что наиболее подверженными паразитарной инфекции оказались дафнии в озерах относительно низкой продуктивности (то есть с малым количеством фитопланктона), но со значительным прессом хищников (рыб). Наиболее устойчивыми были дафнии в озерах более продуктивных, но с более слабым прессом хищников.

Авторы приходят к заключению, что при сильных паразитарных эпидемиях, охватывающих значительную часть популяции, дафнии не вырабатывают устойчивости к паразитам (хотя это казалось бы естественным), а наоборот — увеличивают подверженность заражению паразитами.

Источник: Meghan A. Duffy, Jessica Housley Ochs, Rachel M. Penczykowski, David J. Civitello, Christopher A. Klausmeier, Spencer R. Hall. Ecological context influences epidemic size and parasite-driven evolution // Science. 2012. V. 335. P. 1636–1638.

Источник: http://elementy.ru/

 

Организаторы:

Информационные партнеры:

Обратная связь © 2010 - РА "Позитив". При использовании материалов ссылка на www.novreal.ru обязательна.