Гипотеза Чёрной дамы: эволюция зависимостей посредством адаптивной утраты генов

Редуктивная эволюция генома, обусловленная генетическим дрейфом, широко распространена у эндосимбиотических бактерий. У свободноживущих организмов редукция генома встречается реже, однако она произошла у численно доминирующих в открытом океане бактерий бактериопланктона Prochlorococcus и «Candidatus Pelagibacter»; в этих случаях редукция, по-видимому, обусловлена естественным отбором, а не дрейфом. Утрата генов у свободноживущих организмов может сделать их зависимыми от совместно обитающих микроорганизмов, обеспечивающих утраченные метаболические функции. Мы предлагаем гипотезу Чёрной дамы (BQH) — новую теорию редуктивной эволюции, объясняющую, как отбор приводит к возникновению таких зависимостей. Название отсылает к пиковой даме в карточной игре «Червы», где обычно стараются не брать эту карту. Утрата гена может давать организму преимущество, позволяя экономить ограниченные ресурсы, если функция этого гена не является незаменимой. Многие жизненно важные функции сопровождаются утечкой продуктов, неизбежно становящихся общественными благами, доступными всему сообществу. Поэтому такие функции необязательны для отдельных организмов, пока не исчезли из сообщества полностью. Согласно гипотезе Чёрной дамы, утрата затратной функции, продукты которой выделяются во внешнюю среду, отбирается на уровне отдельных организмов и продолжается до тех пор, пока продукции общественных благ не станет лишь достаточно для поддержания равновесного сообщества; после этого выгода от дальнейшей утраты уравновешивается её стоимостью. Эволюция в соответствии с гипотезой Чёрной дамы формирует «выгодополучателей» с уменьшенным геномом, зависящих от «помощников», выделяющих такие продукты, и может объяснять наблюдаемое отсутствие универсальности прототрофности, устойчивости к стрессу и других клеточных функций в микробном мире.