Оказывается, зоопланктон и вирусы применяют «парадокс Паррондо» для продолжения своего рода

Москва, 13:24, 15 Фев 2020, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Почему хищники иногда откладывают устойчивые к природным катаклизмам яйца, потомство из которых вылупляется очень долго?

Именно на этот вопрос исследователи из Сингапурского университета технологий и дизайна намеревались ответить в недавней статье, опубликованной в журнале Advanced Science.

Традиционный ответ заключается в том, что эти «спящие» яйца позволяют популяции выживать в суровых условиях окружающей среды, таких как зима или засуха. Однако это не объясняет, почему такие яйца откладываются даже в тропические озера, где нет зимы и засухи?

Команда исследователей во главе с доцентом Канга Хао Чонга в сотрудничестве с доктором Юджином В. Куниным обнаружили альтернативное объяснение: покой является естественной реакцией на чрезмерное хищничество.

В несезонных средах обитания организмы, служащие добычей, такие как водоросли в озере, растут до очень больших популяций. Это приводит к тому, что их хищники, такие как зоопланктон, потребляют их с высокой скоростью, и также увеличивают свою популяцию. В конечном итоге популяция водорослей резко сокращается, и остается мало пищи для большого количества зоопланктона, который затем начинает голодать и умирать.

Именно в этот период дефицита продовольствия спящий период имеет большой смысл. Если бы зоопланктон заранее откладывал медленно вылупляющиеся яйца, эти яйца, вероятно, вылупились бы после того, как популяция добычи восстановилась, что позволило бы потомству выжить и размножиться. С другой стороны, если бы зоопланктон откладывал только обычные, быстро вылупляющиеся яйца, эти яйца, вероятно, вылупились бы в «середине» голода и не очень помогли бы в восстановлении популяции зоопланктона. В конце концов, только тот зоопланктон, который несет «спящие» яйца, будет доминировать.

Парадокс Паррондо

Для открытия этого объяснения исследователи вдохновились «парадоксом Паррондо». Парадокс гласит, что можно чередовать пару проигрышных стратегий, таких как проигрышные ставки в игре, и все же в конечном итоге выиграть. Исследователи поняли, что когда еды много, покой также парадоксален.

«Зачем тратить лишнюю энергию на откладывание «спящих» яиц, когда ваши конкуренты экономят энергию, откладывая обычные яйца? И зачем вкладывать средства в яйца, для вылупления которых уходит больше времени, когда ваши конкуренты откладывают яйца, которые будут быстрее вылупляться и быстро расти во взрослых?», — сказал Чжи-Суан Тан, ведущий автор исследования. «Как и в парадоксе Паррондо, у нас была пара проигрышных стратегий: стратегия откладывания неактивных яиц и стратегия «спящего» яйца».

Как обнаружили исследователи, переключение между этими двумя проигрышными стратегиями обеспечивает выживание при нехватке продовольствия, вызванного чрезмерным хищничеством.

Последствия этого исследования могут выходить за рамки объяснения, почему хищники откладывают «спящие» яйца.

«Одним из первых применений парадокса Паррондо было на самом деле объяснить биологический процесс: как молекулярные двигатели в наших мышцах могут производить устойчивое направленное движение», — отметил доцент Канг Хао Чонг. «Мы считаем, что отношение парадокса Паррондо к биологии может быть еще шире».

Например, исследователи предполагают, что парадокс Паррондо может также объяснить, почему вирусы, которые заражают бактерии, часто чередуют между спящей лизогенной фазой, где вирусы включают свою ДНК в бактериальный геном, и активной и инфекционной литической фазой, которая убивает бактерии.

«Идя дальше, мы могли бы даже объяснить эволюцию многоклеточной жизни», — сказал доцент Чонг. «Как одноклеточные организмы начали взаимодействовать в достаточной степени, чтобы сформировать многоклеточные организмы, когда обман и использование других клеток часто может дать лучшие результаты? Поскольку сотрудничество в этом контексте является проигрышной стратегией, мы подозреваем, что парадокс Паррондо может однажды привести к некоторым ответам».