Структурообразующие факторы и механизмы формирования пространственных структур в популяции социальных амеб Dictyostelium dicoideum: Эксперим. 
исслед

Актуальность темы

.

Микроорганизмы привлекают внимание не только микробиологов, но и специалистов в других областях — генетиков, биохимиков, биофизиков, почвоведов. Это связано с тем, что микроорганизмы оказались очень удобными объектами для изучения процессов, лежащих в основе жизни на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. Одним из аспектов исследований является анализ социальной жизни микроорганизмов.

Популяция социальных амеб Dictyostelium discoideum (D. discoideum) в естественных условиях развивается в почве в сообществе организмов различной организации. Большой интерес представляет исследование взаимоотношений простейших с другими микроорганизмами, в частности, взаимодействие D. discoideum и Escherihia coli (Е. coli). В природной обстановке микроорганизмы образуют сложные устойчивые микроценозы (0.05−5 мм в диаметре), которые иногда включают и автотрофный компоненттогда они служат реальной природной структурой, соответствующей представлению о простейшей экосистеме. Изучение механизмов устойчивости и путей метаморфоз в сообществах микроорганизмов представляет интересный аспект исследований.

Почва как среда обитания — сложная система, состоящая из твердой, жидкой и газообразной фаз, которые обладают химическим составом непостоянным во времени. Кроме того, условия жизни почвенных микроорганизмов усложняют колебания различных физических факторов: температуры, влажности, аэрации. Поэтому для успешного развития почвенных микроорганизмов, в частности, D. discoideum большое значение имеет способность простейших противостоять «давлению» внешней среды. Механизм приспособления колоний простейших к различным лимитирующим факторам окружающей среды — одно из важнейших направлений биологических исследований.

Цели и задачи исследования.

Живые системы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и в свою очередь способны на нее заметно влиять. В связи с этим большой интерес представляет анализ воздействия популяций микроорганизмов, в частности, Э. (Изсогйеит как локального биотического фактора биогеоценоза, на окружающую среду. Целью диссертационной работы является анализ взаимодействий в модельной системе «микроорганизмы <-» среда" на примере экспериментального исследования взаимосвязи между структурными изменениями внешней среды, индуцированными популяциями микроорганизмов, с одной стороны, и влиянием этих изменений на поведение самих популяций, с другой. Задачи исследований:

1) определение пространственно-временных характеристик популяционных структур, формируемых социальными амебами О. сИзсо1с1еит.

2) анализ воздействия популяций микроорганизмов на среду обитания;

3) установление взаимосвязи биотических и абиотических факторов, определяющих развитие колонии В. (Изсогйеит,.

4) определение модификаций пространственной структуры колонии ?>. (Изсогйеит, в зависимости от начальных условий культивирования микроорганизмов.

Научная новизна.

1. Впервые описано формирование колец Лизеганга, инициированное жизнедеятельностью микробиологической популяции, и исследован механизм его формирования.

2. Определены пространственно-временные характеристики колоний О. сИясо1с1еит.

3. Показано, что пространственно-временные характеристики колонии хищника (?>. аiscoideum) в сообществе «хищник о жертва» существенно зависят от начальных условий культивирования популяции жертвы {Е. coli).

4. Предложен механизм модификаций структуры колоний D. discoideum, спонтанно возникающих при изменении абиотических компонентов среды в ходе культивирования колоний.

Практическая ценность.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы при исследовании базисных механизмов структурообразования в сообществах микроорганизмов. Такого типа исследования важны при разработке моделей и программ управления ростом и развитием почвенных микроценозов, для решения различных экологических задач (улучшение плодородия почвускорение вторичной сукцессиисовершенствование системы очистки почвы от промышленных и сельскохозяйственных ядов). Работа может представлять интерес для исследований эволюционных изменений в сообществах микроорганизмов и их воздействия посредством изменения абиотических компонентов биогеоценозов на развитие высших организмов.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на заседании Ученого Совета ИТЭБ РАН (Пущино, 1996), на конференции молодых ученых Пущинского Научного центра (Пущино, 1997), на международной конференции «Биомеханика 1998» (Москва, 1998), на ежегодном семинаре университета Регенсбурга, Германия (1998).

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 7 статей.

Структура и объем диссертации

.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы. Диссертация изложена на страницах и содержит 18 рисунков.

Выводы.

Проведен сравнительный анализ развития колонии D. discoideum при культивировании на бактериальном газоне Е. coli — в условиях приближенных к естественным условиям обитания (модель А), и в отсутствии бактериального газона на питательном субстрате, насыщенном фолиевой кислотой (модель Б). Рассматривались два аспекта взаимодействий «среда <-» объект" - воздействие популяции на окружающую среду и воздействие окружающей среды на популяцию.

1. Для экспериментальной модели Б впервые был обнаружен необычный способ влияния популяций микроорганизмов на окружающую среду — формирование колец Лизеганга в питательном субстрате вокруг пространственно локализованной популяции Dictyostelium discoideum. Предложен механизм формирования этих структур.

2. Показано, что образование колец Лизеганга: а) происходит при наличии глюкозы в субстратеб) сопровождается пространственным перераспределением фолиевой кислоты в субстрате.

3. Выявлено, что фактором, инициирующим возникновение колец Лизеганга, является закисление субстрата продуктами клеточного метаболизма.

4. Для экспериментальной модели, А (система хищник — жертва) было обнаружено, что формируются два типа колоний D. discoideum, которые отличаются по распределению клеток по фазам жизненного цикла и по скорости распространения популяции. Установлено, что тип колонии зависит от временного интервала между посевом бактериального газона Е. coli и инокуляцией спор D. discoideum.

5. Анализ воздействия изменений внешней среды, индуцированных ростом клеток, на развитие популяции D. discoideum показал, что: а) резкое падение скорости распространения популяции коррелирует с уменьшением pH субстрата (в моделях, А и Б) — б.) распределение плотности клеток в колонии коррелирует с перераспределением фолиевой кислоты в субстрате (в модели Б).