Эгоисты и альтруисты. Кризис сообществ.

Хламидомонада (Chlamydomonas)

Пресноводная одноклеточная водоросль, которая является классическим примером "эволюции эгоистов" или "трагедии общин" на микроскопическом уровне. 

1. Некоторые клетки находящие на дне водоема начинают активно вырабатывать полисахаридную слизь, которая обволакивая колонию этих клеток, уменьшает их общую плотность. Это позволяет всей колонии всплывать к поверхности, где больше солнечного света для фотосинтеза.

2. В процессе деления в популяции естественным образом возникают мутантные клетки, которые не тратят энергию на производство слизи. В условиях, когда вся колония находится в поверхностном слое и воды - эти "безбилетники" получают все выгоды, но не несут затрат. Они начинают размножаться быстрее, так как экономят энергию.

3. Когда процент "эгоистичных" клеток становится слишком высоким, общее производство слизи падает. Колония теряет способность удерживаться на плаву и рассыпается. Все клетки, и "трудяги", и "эгоисты", тонут и падают на дно, в менее благоприятные условия.

4. На дне конкуренция за свет обостряется. В этих условиях "эгоисты" не имеют преимущества, так как не могут подняться на поверхность воды. Клетки, способные производить слизь , снова получают селективное преимущество. Они делятся, формируют новую колонию, и цикл повторяется.

На уровне клетки выгодно быть "эгоистом", но на уровне колоний выживают и размножаются только те колонии клеток, где "эгоистов" мало.

Ситуация, когда индивидуальная выгода вредит общему благу, что в итоге приводит к общему краху для всех.

Дрожжи (Saccharomyces cerevisiae)

Кооперативная фаза: Чтобы расщеплять сложный сахар сахарозу, дрожжи производят и выделяют во внешнюю среду фермент инвертазу. Этот фермент расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу, которые могут усваивать все окружающие клетки. Фермент — это "общественное благо".

Появление "эгоистов": Со временем возникают мутантные клетки, которые не производят инвертазу, но активно поглощают простые сахара, произведенные трудом других клеток. Они имеют преимущество в росте и в размножении. 

Кризис: Когда "эгоистов" становится слишком много, общее производство инвертазы падает, эффективность питания всей популяции снижается, и рост этой колонии прекращается. 

Бактерии Pseudomonas aeruginosa живут в сообществах, называемых биопленками (например, зубной налет). Клетки в биопленке производят общий внеклеточный полимерный матрикс (EPS). Матрикс скрепляет колонию, защищает ее от антибиотиков и иммунной системы хозяина.

Со временем, в процессе естественной мутации появляются клетки "эгоисты", которые не тратят ресурсы на производство матрикса, но пользуются защитой, которую он обеспечивает.

Со временем "безбилетников" становится слишком много, биопленка становится структурно нестабильной, уязвимой и начинает разрушаться.

Отколовшиеся фрагменты и отдельные клетки сохранившие способность производить полимерный матрикс дают начало новой биопленке в другом месте.

У животные (Metazoa): Многоклеточность, за всю историю планеты, возникла только один раз. Только один раз одноклеточные жгутиконосцы смогли изобрести эфективный способ борьбы с эгоистами. Правда не стопроцентный. Потому как у них бывает онкология