Эволюция ограничивает иммунитет у молодых ради будущего роста

Давно известный факт, что молодые организмы, будь то дети в яслях или саженцы в лесу, болеют чаще и легче, чем взрослые особи, представляет собой загадку как для родителей, так и для ученых. Биологи из Университета Мэриленда предлагают новое объяснение этой универсальной закономерности, основываясь на исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследование молодых растений проливает свет на то, почему борьба с болезнями в раннем возрасте часто сопряжена со значительными издержками для роста и будущей эволюционной приспособленности, то есть способности к размножению. Эмили Брунс, доцент биологии в UMD и соавтор исследования, поясняет, что остается загадкой, почему у молодых организмов не развивается более сильная устойчивость к болезням, ведь заболевание в начале жизни может быть смертельно опасным. Полученные результаты предполагают наличие скрытого компромисса, который мешает им полностью побороть болезнь.

Ученые изучали дикорастущее растение *Silene latifolia*, широко известное как белая дрёма, и его взаимоотношения с грибковым заболеванием пыльной головни злаков. Эта болезнь не убивает растения, но лишает их возможности производить пыльцу, делая их неспособными к размножению, что Брунс описывает как своего рода «растительное ЗППП».

Протестировав 45 различных генетических вариаций растения Silene в контролируемых условиях, команда обнаружила интересный факт. Растения, обладавшие сильной устойчивостью к болезням на стадии проростков, в течение жизни производили значительно меньше цветов и семян при выращивании в поле без присутствия патогена. В то же время, растения с сильным иммунитетом во взрослом состоянии не демонстрировали таких негативных последствий.

Брунс констатирует, что молодые растения платят более высокую «цену» за борьбу с болезнью по сравнению со взрослыми. Противостояние грибку оказывается более сложным и ресурсоемким для молодых растений. У них ограниченное количество энергии, и если они тратят ее на защиту от болезней, то не могут направить на будущий рост.

Используя свои выводы, исследователи создали математическую модель. Она показывает, что затраты на борьбу с патогенами достаточно высоки, чтобы препятствовать эволюции более сильной устойчивости к болезням у молодых растений. Без этих затрат семейства растений с более сильным ювенильным иммунитетом теоретически могли бы полностью элиминировать болезнь. Однако, поскольку развитие устойчивости так сильно сказывается на молодых растениях, они остаются уязвимыми к инфекции.

Брунс объясняет, что некоторые молодые растения «платят цену» и выживают до взрослого состояния, но производят меньше цветов, что означает снижение их репродуктивного потенциала. Большинство же остается восприимчивыми в молодом возрасте, позволяя болезни закрепиться в популяции.

Команду удивило, что эти издержки проявились не сразу. Растения, вложившие ресурсы в устойчивость к болезням на стадии проростков, сначала выглядели нормально, но на второй год жизни, когда обычно наступает пик размножения, произвели значительно меньше цветов.

Интересно, что исследователи также обнаружили существенные различия между полами. Мужские растения несли гораздо большие издержки за устойчивость к болезням, чем женские. Брунс отмечает, что это может быть связано с тем, что мужские растения производят гораздо больше цветов для максимально широкого распространения пыльцы, что делает отвлечение ресурсов на защиту от болезней особенно затратным для них.

Брунс считает, что выводы команды имеют значение не только для дикорастущих растений. Поскольку восприимчивость молодых особей является движущей силой эпидемий болезней у многих видов, понимание эволюционных механизмов, лежащих в основе этой закономерности, может помочь в разработке стратегий управления заболеваниями в сельском хозяйстве, охране природы и общественном здравоохранении.

В дальнейшем Брунс и ее команда планируют выяснить, можно ли снизить издержки на устойчивость к болезням, если знакомить растения с патогенами немного позже, когда у них появляются первые настоящие листья и они перестают зависеть от запасенной энергии. Также планируется изучить, могут ли взрослые растения с высокой устойчивостью к болезням защищать находящиеся рядом сеянцы, снижая общее присутствие болезни на определенной территории.

Брунс заключает, что природа полна инфекционных заболеваний. Понимание различных сдержек и противовесов между хозяевами и патогенами помогает осознать, как эволюция формировала эти отношения на протяжении миллионов лет.