Бактерії, схильні користуватися плодами чужої праці, нічого не пропонуючи натомість, опиняються на периферії кооперативних колоній.
Бактеріальні спільноти засновані на взаємодопомозі: різні види бактерій виділяють різні речовини, необхідні для нормального зростання (наприклад, хтось синтезує і виділяє у зовнішнє середовище вітаміни, а хтось амінокислоти), і між клітинами постійно відбувається своєрідний обмін. Хоча витрати ресурсів на синтез речовини «на експорт» можуть бути досить великі, вони з лишком заповнюються імпортом інших речовин, насинтезованих іншими членами спільноти.
Більш того, такий поділ метаболічної праці більш вигідно: «фахівці» більше енергії витрачають на синтез чогось конкретного, замість того, щоб розпорошуватися по багатьох позиціях. Спеціалізація дозволяє вивільнити частину енергії і ресурсів, які можна направити, наприклад, на розмноження. Експерименти підтвердили, що поділ праці в бактеріальних кооперативах дозволяє колонії рости швидше.
Однак серед бактерій є «обманщики» - ті, хто хоче користуватися всіма суспільними благами, нічого не даючи взамін. І, зрозуміло, чесні члени колонії намагаються обмежити їх у правах, не даючи їм можливості користуватися чужою працею. Як це відбувається, розповідають у статті в The ISME Journal дослідники з Інституту хімічної екології Товариства Макса Планка. Вони вирощували разом кооперативних бактерій і тих, які не були схильні до співпраці. Бактерії-кооператори виділяли в середовище синтезовані ними амінокислоти, і, якщо всі мікроби жили всі разом в добре перемішуваному середовищі, то бактерії- «одноосібники» росли краще, тому що мали необмежений доступ до насинтезованих іншими амінокислот.
Однак картина змінювалася, коли бактерій переселяли на тверде середовище, на якому вони могли утворювати плоскі колонії. Тут бактерії, не схильні до співпраці, виживали тільки на краях колонії «кооператорів» - углиб спільноти вони проникнути не могли. Як «кооператорам» вдається не пускати «егоїстів», вдалося з'ясувати тільки за допомогою цілого набору генетичних, хімічних і математичних методів: у геном бактерій вводили мутації і потім спостерігали, як поводяться мутантні спільноти, одночасно аналізували хімічні сигнали, які вони виділяють, і все це звіряли з математичною моделлю, що описує екологічні механізми формування колонії.
В принципі, не можна сказати, що бактерії, схильні ділитися з іншими плодами своєї праці, якось спеціально не пускають у своє коло «читерів», «егоїстів». Фокус в тому, що кооперативні мікроби можуть успішно розвиватися тільки в тих місцях, де концентрація некооперативних мала. Що зрозуміло - дуже важко вижити там, де всі тільки і роблять, що з'їдають насинтезоване тобою, нічим за з'їдене не розплачуючись.
З іншого боку, коли кооперативні бактерії зустрічаються один з одним, то у них сильно підвищуються шанси на те, щоб перерости інші, некооперативні види. А оскільки ростуть вони в даному випадку не в перемішуваному рідкому середовищі, а на твердій поверхні, то виходить, що всі поживні речовини залишаються в межах сформованої спільноти-кластера, і користуються ними тільки свої. Потрапивши всередину такої колонії, некооперативний вигляд не витримає конкуренції з місцевими, і буде відтіснений на периферію.
Автори роботи підкреслюють, що тут не потрібно ніяких спеціальних механізмів, які дозволяли б бактеріям, схильним до співпраці, встановлювати зв'язок зі «своїми» і відганяти тих, хто співпрацювати не схильний. Поділ відбувається відповідно до загальних екологічних законів, що діють в умовах, коли бактеріям доводиться жити не у вільному плаванні, а у вигляді колонії-біоплівки.
До речі кажучи, такі колонії формують різні бактерії, в тому числі і патогенні (зокрема, бактеріальні біоплінки стають причиною хвороб зубів і десен), і позбутися їх буває дуже складно. Вивчаючи взаємини мікробів у подібних спільнотах, ми зможемо краще зрозуміти, як з ними боротися в разі потреби.