Домой » НОВОСТИ » Обманщики могут быть полезны для общества

Обманщики могут быть полезны для общества

В популяциях дрожжей есть «кооператоры», производящие необходимый всем фермент, и «обманщики», которые экономят на производстве фермента и живут за чужой счет. Классические теории предсказывают, что в этой ситуации максимальный общий выигрыш должен достигаться при полном отсутствии обманщиков в группе. В реальности же популяции, содержащие определенный процент обманщиков, иногда растут быстрее, чем состоящие из одних кооператоров. Британские ученые выявили три необходимых условия, при которых возникает этот парадокс: 1) эффективность использования пищи должна снижаться при ее изобилии и расти в голодные времена; 2) кооператоры не должны уметь регулировать производство фермента в зависимости от потребности в нём; 3) смешанная культура должна быть не очень хорошо перемешана, чтобы в ней были области с разным соотношением кооператоров и обманщиков.

Излюбленной пищей дрожжей являются моносахариды, такие как глюкоза или фруктоза. При их отсутствии дрожжи могут использовать альтернативные источники энергии, в том числе дисахарид сахарозу (обычный сахар). Молекула сахарозы состоит из соединенных молекул двух моносахаридов — глюкозы и фруктозы. Чтобы усвоить сахарозу, дрожжи должны сначала расщепить ее на моносахариды. Для этого у них есть специальный фермент — инвертаза. Фермент локализован на клеточной мембране, и свою работу (то есть расщепление сахарозы) он выполняет не внутри клетки, а снаружи. Именно это обстоятельство и создает предпосылки для возникновения у дрожжей «моральной дилеммы», изучению которой посвящена обсуждаемая статья. Поскольку производство моносахаридов происходит во внешней среде, образовавшиеся глюкоза и фруктоза становятся потенциально доступны не только той клетке, которая их произвела, но и всем окружающим. Значит, можно воровать «чужие» моносахариды, не тратя собственные ресурсы на дорогостоящее производство фермента инвертазы. Клетки, производящие фермент, оказываются «альтруистами»: они тратят свои силы на то, чтобы облегчить жизнь окружающим.

Полается что в популяциях дрожжей одни особи ведут себя как альтруисты, производя фермент, расщепляющий сахарозу на легко усваиваемые моносахариды — глюкозу и фруктозу. Другие особи — «эгоисты» — сами не производят фермента, но пользуются плодами чужих трудов. Теоретически, это должно приводить к полному вытеснению альтруистов эгоистами, несмотря на гибельность такого исхода для популяции в целом. Однако в реальности численность альтруистов не падает ниже определенного уровня. Как выяснилось, возможность «мирного сосуществования» альтруистов с эгоистами обеспечивается сочетанием двух обстоятельств: нелинейным характером зависимости скорости размножения от концентрации глюкозы и небольшим преимуществом, которое получают альтруисты в случае очень низкого содержания глюкозы в среде.

Проблема эволюционного происхождения альтруизма продолжает привлекать внимание биологов. В последнее время для экспериментального изучения этой проблемы всё чаще используются микробные модели. Кооперация и альтруизм, обман и нахлебничество — всё это очень широко распространено в мире микробов, а работать с микробами во многих случаях куда легче, чем с животными.

Теперь нужно было выяснить, успевают ли «честные» дрожжи, расщепляющие сахарозу, ухватить себе хоть какую-то часть произведенных ими моносахаридов до того, как те растворятся в окружающей среде и станут общим достоянием. Эксперименты дали положительный ответ на этот вопрос. Однако доля пищи, достающаяся «честным» дрожжам за их труды, оказалась очень небольшой: лишь 1% произведенной глюкозы достается производителю, а 99% поступает в общее пользование.

Тем не менее эта весьма скромная доля, достающаяся «честным» дрожжам в обход «общего котла», по-видимому, имеет очень большое значение, защищая популяцию от засилья эгоистов. Если бы дрожжи-альтруисты не имели вообще никаких преимуществ перед остальными клетками, то быть эгоистом было бы при любых обстоятельствах выгоднее, чем альтруистом. Ведь доступ к глюкозе был бы у всех одинаков, а «расходы» на ее производство несли бы только «честные» особи. Дрожжи оказались бы тогда в ситуации, известной из теории игр как «дилемма заключенного». В своем классическом виде эта дилемма формулируется следующим образом. Следователь предлагает каждому из двух арестантов одну и ту же сделку: ты можешь дать показания против своего приятеля («эгоизм») или промолчать («кооперация»). Если один из вас предаст другого, а тот промолчит, то «эгоиста» отпустят, а «кооператора» посадят на 10 лет. Если оба промолчат, каждому дадут по полгода. Если оба дадут показания друг против друга, обоим дадут по 5 лет.

Казалось бы, в этой ситуации обоим арестантам следует промолчать: в этом случае совокупный вред будет минимальным (каждый получит по полгода). Однако в теории игр (как и во многих реальных жизненных ситуациях) действия индивидуумов определяются исключительно их личной выгодой, без всяких скидок на общие интересы. А с точки зрения личной выгоды каждому арестанту в этой ситуации выгоднее предать своего партнера, чем промолчать. Каждый арестант будет рассуждать так: если мой партнер промолчит, я сразу выйду на свободу, предав его, а если промолчу — получу шесть месяцев. Если же партнер меня предаст, я получу 10 лет, промолчав, и только 5 лет, если дам показания против него. Таким образом, с точки зрения теории игр заключенные должны оба предать друг друга и получить по 5 лет, каким бы глупым ни казалось такое решение с позиций «общего блага».

Если дрожжи действительно играют в игру «заключенный», то эгоисты всегда должны брать верх над альтруистами, что ставит под вопрос само существование альтруистической поведенческой стратегии в долгосрочной перспективе (хотя существуют и некоторые обходные пути для сохранения альтруизма даже в этой ситуации.

Однако авторы предположили, что «честные» дрожжи в действительности могут играть с дрожжами-обманщиками в другую игру, известную под названием «сугроб» (snowdrift game). В этой игре выгодно выбирать стратегию, противоположную той, которую выберет партнер. Вот классический пример такой ситуации. Два водителя натыкаются на снежный завал, перегородивший дорогу. Можно взять лопату и расчистить завал, а можно посидеть в машине и подождать, пока всю работу сделает другой водитель. С точки зрения теории игр (которая, как мы помним, основывается на абсолютно безнравственных калькуляциях личной выгоды без всяких элементов сочувствия и заботы о ближнем), выгодно сидеть в теплой кабине, если другой водитель уже схватил лопату и расчищает дорогу. Однако если другой водитель упрямо сидит в своей машине и явно готов скорее замерзнуть насмерть, чем взяться за лопату, то выигрышной стратегией будет все-таки самостоятельная расчистка завала. Иными словами, выгодно быть эгоистом, если партнер проявляет альтруизм, и выгодно быть альтруистом, если партнер оказался бессовестным лентяем и паразитом.

В природных популяциях дрожжей существует весьма высокий полиморфизм (изменчивость) по уровню экспрессии (активности) гена, кодирующего инвертазу, то есть по степени «альтруизма». Одни аллели (генетические варианты) обеспечивают крайне низкий или нулевой уровень экспрессии (дрожжи-обманщики, или эгоисты), другие — более высокий (дрожжи-кооператоры, или альтруисты). Кроме того, активность производства инвертазы зависит не только от генов, но и от внешних факторов, в первую очередь от концентрации глюкозы в среде; характер этой зависимости у разных клеток может быть разным, что определяется их генотипом. Всё это делает природные популяции дрожжей слишком сложными объектами для изучения основ микробной «морали». Поэтому исследователи радикально упростили систему, создав два генетически однородных штамма, с которыми и проводились все дальнейшие эксперименты.

Дополнительные эксперименты подтвердили, что взаимоотношения между кооператорами и обманщиками зависят от концентрации глюкозы в среде. Этого следовало ожидать, ведь чем больше в среде глюкозы, тем выгоднее быть обманщиком и тем слабее преимущество кооперативной стратегии. При некоторых наборах условий авторам удалось получить парадоксальный результат, который состоял в том, что добавление в среду глюкозы вело к общему замедлению роста смешанной культуры. И это при том, что любой штамм дрожжей, взятый по отдельности, всегда только выигрывает от повышения концентрации глюкозы! Замедление роста смешанной культуры объясняется тем, что при добавлении небольших количеств глюкозы в среду, где основным кормом для дрожжей является сахароза, польза, приносимая глюкозой, перевешивается тем вредом, который приносит смешанной популяции снижение доли кооператоров, производящих глюкозу из сахарозы.

В природных популяциях дрожжей взаимоотношения между кооператорами и обманщиками гораздо сложнее, чем в упрощенной модельной системе. Самое существенное отличие состоит в том, что дрожжи умеют регулировать синтез фермента инвертазы в зависимости от концентрации глюкозы в среде. При высокой концентрации глюкозы большинство дрожжевых клеток просто-напросто перестает синтезировать инвертазу. Иными словами, одна и та же клетка может вести себя как альтруист, пока глюкозы в среде мало и быть альтруистом выгодно, но превращается в эгоиста, когда концентрация глюкозы возрастает. Все эксперименты, описанные в обсуждаемой статье, проводились при нулевой или очень низкой концентрации глюкозы, то есть в таких условиях, когда все дрожжевые клетки, способные синтезировать инвертазу, действительно ее синтезируют.

Необходимо подчеркнуть, что речь в обсуждаемой работе идет только о «пользе для группы», а не для индивида. Причем «польза для группы» понимается исключительно как скорость роста этой группы (или средняя скорость размножения входящих в ее состав особей). Ясно, что для человеческих популяций такое определение «пользы» далеко не всегда является адекватным.

Естественному отбору, как правило, нет дела до «пользы группы». Если предоставить смешанные культуры дрожжей самим себе, то под действием отбора в них установится вовсе не то соотношение кооператоров и обманщиков, при котором скорость роста группы максимальна. Ничего подобного. Установится такое соотношение, при котором «приспособленности» (скорости размножения) обманщиков и кооператоров будут равными. Или, что то же самое, относительная приспособленность тех и других  будет равна единице. Как показано в обсуждаемой работе, это равновесное соотношение, к которому неизбежно приходит смешанная культура дрожжей под действием отбора, отличается от «оптимального для группы». В этом как раз и проявляется «безразличие» естественного отбора к нуждам коллектива.

Источник: Jeff Gore, Hyun Youk, Alexander van Oudenaarden. Snowdrift game dynamics and facultative cheating in yeast // Nature. 2009. Advance online publication.

http://elementy.ru

comments powered by HyperComments
Senessa
2010-09-29 07:22:57
:) После такой статьи захотелось хлебушка горяченького из печки;)
Alina
2010-09-30 20:38:49
<p>Может кто-то  сделает  вывод что обманщики - это в какой-то мере польза и это хорошо). Хотя статья написана с точки зрения экономической выгоды, тоесть при каких условиях колония дрожжей будет давать больший прирост. Тоесть альтруисты (честные труженики) работают эффективнее когда работают с запасом.</p> <blockquote> <p>Однако доля пищи, достающаяся «честным» дрожжам за их труды, оказалась очень небольшой: лишь 1% произведенной глюкозы достается производителю, а 99% поступает в общее пользование.</p> </blockquote> <p>Почти как в нашем социуме, которое выращивают просто на убой. Хотя теоретически - идеальное сообщество это 100% альтруистов). Работайте больше - это полезно для общества))</p>