Мы можем думать, что являемся автономными существами, но на самом деле мы больше похожи на ходячие экосистемы, полные бактерий, вирусов и других микробов. Оказывается, различия в этих микробах могут быть столь же важны для эволюции и естественной вариации, как и генетические мутации.
Эта новая перспектива была обсуждена в недавней публикации Сета Борденштейна, директора Центра микробиома One Health в Пенсильвании, который является профессором биологии и энтомологии и занимает кафедру имени Дороти Фойер Хак и Дж. Ллойда Хака в области наук о микробиоме.
Борденштейн вместе с 21 коллегой со всего мира, объединёнными в Сеть биологии холобионтов, предлагает, что понимание отношений между микробами и их хозяевами приведет к более глубокому пониманию биологической вариации.
Мы все слышали термин эволюция, но что он на самом деле означает?
«Старое определение эволюции - это процесс, в ходе которого живые существа меняются со временем из-за постепенных мутаций и адаптаций к окружающей среде», объясняет Борденштейн.
Эти адаптации обычно движимы естественным отбором, процессом, при котором полезные черты передаются потомству.
Однако, когда мы включаем микробиом, совокупность всех микробов в и на организме хозяина, процесс эволюции становится гораздо более интересным и сложным.
Традиционно мы разделяли видимые и невидимые формы жизни в том, как мы их рассматриваем и изучаем. Многие ученые все еще думают о микробах как о фоновом шуме или незначительных загрязнителях.
Но оказывается, что этот подход мог недооценивать микробы.
«Микробы - это основа биосферы», говорит Борденштейн. «Каждое живое существо находится в контакте и взаимодействии с микробами, и эти микробы могут вызывать изменения в чертах.»
Это осознание дало начало новому понятию - биологии холобионтов; многодисциплинарному и целостному пониманию того, как формы и функции жизни зависят от отношений между микроорганизмами и их хозяевами.
Биология холобионтов рассматривает организмы и микробы, с которыми они неразрывно связаны, как единое целое, а не как отдельные сущности.
Область биологии традиционно классифицирует живые существа по таксонам. Но биология холобионтов представляет собой захватывающую возможность переосмыслить эту структуру.
«Мы утверждаем, что организмы не являются автономными. Они существуют, по определению, всегда в ассоциации и контакте с микробами», объясняет Борденштейн.
Этот новый способ мышления может открыть двери для использования силы микробиома для улучшения здоровья, устойчивости в экологической устойчивости и достижений в сельском хозяйстве.
Подумайте об этом: что если мы сможем использовать микробы для борьбы с хроническими заболеваниями, такими как рак, или сделать сельское хозяйство более устойчивым к изменению климата?
Знаменитый трактат Дарвина «Происхождение видов» является краеугольным камнем современной биологии. Однако он был написан с учетом видов животных и растений и не учитывал множество невидимых микробов, которые являются частью каждого макроорганизма.
Теперь, когда мы знаем гораздо больше о фундаментальной роли микробов в биосфере, мы можем добавить новый уровень к нашему пониманию эволюции.
В 1920-х - 1940-х годах биология пережила революцию, известную как Современный синтез, когда генетические законы Менделя были объединены с теорией эволюции Дарвина. Это создало всеобъемлющее объяснение того, как новые варианты формы и функции развиваются со временем.
Возможно, мы сейчас находимся на пороге другой революции, пост-современного синтеза. Как отмечает Борденштейн, мы теперь учитываем роль микробов в нашем понимании генетики и эволюции.
Как мы можем включить это новое понимание важности микробов в биологию и эволюцию всех организмов? Авторы Сети биологии холобионтов утверждают, что это должно начинаться с переопределения и повторного обучения биологии.
«Мы думаем о животных и растениях как о консорциуме клеток-хозяев и микробов, которые влияют на анатомию и физиологию», объясняет Борденштейн.
Существует также необходимость в новых аналитических инструментах для определения вклада микробов и того, как они взаимодействуют с генетикой для объяснения черт. Как только у нас будут эти аналитические инструменты, мы сможем проектировать микробы и микробиомы так же, как мы можем проектировать гены, чтобы получить лучшие результаты для организмов.
Микробы существуют уже четыре миллиарда лет, и их больше, чем звезд во вселенной на порядок. В вашем рту больше бактерий, чем людей на планете. Они сформировали наш мир такими способами, которые мы только начинаем понимать.
Исследования показывают, что они также могут играть роль в определении того, кто более склонен к развитию рака толстой кишки, высоким уровням холестерина или среднему индексу массы тела. В конце концов, мы содержим не только наши собственные гены, но и гены миллиардов микроорганизмов, которые живут в нас и на нас.
«То, что мы изучаем сегодня и за последнее десятилетие, показывает, что иногда микробы объясняют больше вариаций в биологических чертах организмов, чем гены», говорит Борденштейн.
Будущее биологии заключается не только в наших генах, но и в характеристиках наших ассоциированных микробов. Продвигаясь вперед, помните это: мы не одиночные сущности. Мы экосистемы.