Но в лаборатории воссоздать это богатство почти невозможно: многие микроорганизмы гибнут при попытке их вырастить. Исследователи из Гельмгольцевского института морского биоразнообразия (Германия) предложили новое объяснение. Оказалось, выживание микробов зависит не только от условий, но и от сложной сети взаимосвязей, которая рушится даже при небольших изменениях.

Ученые Томас Клегг и Тило Гросс представили микробные сообщества как сеть обмена ресурсами: одни виды потребляют питательные вещества, другие — выделяют то, что нужно соседям. Они смоделировали эту систему, используя методы теории сетей — математический подход, который раньше применяли в физике для анализа сложных структур.

Выяснилось, что исчезновение даже одного звена может обрушить всю сеть, резко снизив разнообразие.

Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Это как перебои с электричеством или срыв поставок во время пандемии, — объясняет Клегг.

Попытка вырастить сообщество в лаборатории — как раз такой сбой. Если в образец не попадут все ключевые виды, некому будет производить вещества, жизненно важные для остальных.

Мы наконец поняли, почему в пробирке так трудно сохранить естественное разнообразие, — говорит Гросс.

Раньше ученые догадывались, что взаимозависимость микробов играет роль, но теперь впервые показали, как это работает в масштабах целого сообщества. Главный вывод: даже в идеальных условиях сообщество может погибнуть, если нарушены связи между его участниками. Причем восстановить его почти невозможно — просто вернуть питательные вещества недостаточно.

Дело не в том, что нужно отдельным микробам, а в том, кто от кого зависит, — говорит Клегг. — Либо выживают все, либо гибнут вместе.

Этот подход меняет взгляд на микробные сообщества: теперь ясно, что их стабильность зависит от структуры взаимодействий, а не только от внешних условий. Это поможет:

• Улучшить методы культивирования — возможно, стоит имитировать не только среду, но и ключевые связи между видами.
• Предсказывать последствия вмешательства — например, как антибиотики или загрязнения повлияют на экосистемы.
• Создавать синтетические сообщества — для биотехнологий или восстановления почв.

Отметим, что модель упрощает реальность: в природе связи между микробами не сводятся только к обмену метаболитами. Есть конкуренция, хищничество, горизонтальный перенос генов. Игнорирование этих факторов может искажать прогнозы.

Ранее ученые исследовали расслоение плотности микроорганизмов в экосистемах.