В мире науки эволюция зачастую воспринимается как процесс, длящийся миллионы лет, однако недавнее исследование, проведенное в сырной пещере в Вермонте, открывает новую страницу в понимании скорости и механизмов адаптации живых организмов. Впервые ученые смогли в реальном времени наблюдать, как вид плесени Penicillium solitum претерпевает генетические мутации, трансформируя свои физические характеристики и поведение для лучшего приспособления к темным условиям сырной пещеры. Этот эксперимент стал настоящей иллюстрацией того, как микробы, находящиеся в человеческих производственных нишах, могут быстро эволюционировать, влияя на вкусовые свойства продуктов и их коммерческую привлекательность. Исследование происходило на ферме Jasper Hill Farms, известной своим сыром Bayley Hazen Blue, чья корка изначально имела мятно-зеленый оттенок, образуемый Penicillium solitum. Однако, начиная примерно с 2016 года, а пик изменений пришелся на 2018-2019 годы, ученые заметили неуловимые сдвиги в цветовой гамме грибковой корки: зеленый оттенок постепенно начал уступать место белому цвету.
К 2024 году белый цвет стал доминирующим практически во всех наблюдаемых образцах. Чтобы понять причины и механизмы этого феномена, учёные собрали и проанализировали больше сорока образцов плесени, выделенных из различных сырных колес, взятых в разные годы. Глубокий геномный анализ выявил, что у всех белых штаммов присутствовали изменения в одном определенном гене - alb1. Этот ген напрямую участвует в синтезе меланина - природного пигмента, ответственного за темный, зеленовато-синий оттенок плесени. Мутации, которые чаще всего проявлялись в виде вставок подвижных генетических элементов, или "прыгающих генов", препятствовали нормальному функционированию alb1, что приводило к полной потере пигментации.
Интересно, что это изменение не носило косметический характер. Белые штаммы плесени производили значительно меньше спор и меланина, а также отличались измененным профилем экспрессии генов. Анализ РНК показал, что каждая белая колония имела свой уникальный набор изменений в метаболизме аминокислот, углеводов и липидов. Такое явление свидетельствует о том, что эволюционные изменения касались не только внешнего вида, но и внутреннего баланса биохимических процессов, что способствовало повышению приспособленности гриба к уникальным условиям сырной пещеры. Для проверки гипотезы о влиянии освещения ученые провели серию конкурирующих экспериментов.
Образцы с зеленой и белой плесенью выращивались вместе в условиях темноты и при освещении. Результат был наглядным - белые штаммы выигрывали в конкурентной борьбе в темноте, а в условиях света преимущество либо исчезало, либо склонялось в пользу зеленых грибов. Такой механизм объясним тем, что производство меланина требует энергии и ресурсы, и в отсутствии света, когда защита от ультрафиолетового излучения и других вредных факторов не нужна, этот процесс становится излишним бременем. Дополнительный эксперимент по удалению гена alb1 в лабораторных условиях подтвердил, что утрата функции данного гена действительно ведет к белому цвету колоний, однако этот генетический "минус" не всегда обеспечивал абсолютное преимущество - очевидно, что белые штаммы приобрели и другие важные мутации, влияющие на их жизнеспособность. Одним из важных вопросов было влияние этих изменений на бактериальную микрофлору, которая, как известно, плотно взаимодействует с грибковыми сообществами на сырной корке.
Анализы показали, что перемена цвета и физиологии плесени не имела значительного влияния на структуру бактериального сообщества или на биохимические процессы распада казеина, что является ключевым для формирования вкуса сыра. Таким образом, качественные характеристики продукта оставались стабильными, несмотря на эволюционные преобразования микробного партнера. Это исследование демонстрирует, что сырные пещеры и подобные пищевые производства выступают в роли уникальных лабораторий эволюции, где стабильные, но специфические условия создают давление отбора, которое направляет адаптацию микробов в сторону выгодных для них и для человека выраженных признаков. Так называемое непреднамеренное одомашнивание микробов становится хорошо заметным и может служить инструментом для дальнейшего улучшения качества и характеристик сыра. Для производителей, таких как Jasper Hill Farms, произошедшее изменение является положительным.
Многие потребители воспринимают зеленые или синие грибковые корки с настороженностью, поэтому появление белого, более эстетически привлекательного покрытия помогает укрепить позиции продукта на рынке. При этом сама природа эволюционных процессов может быть в дальнейшем направлена путем изменения условий освещения и других факторов внутри сырных пещер, позволяя целенаправленно влиять на доминирующие микробные сообщества. Публикация этих результатов в журнале Current Biology подчеркивает современное понимание эволюции как процесса не обязательно длительного и медленного. В отличие от классических представлений, здесь эволюция проявляется в виде быстрой смены генетических и фенотипических характеристик микроорганизмов за несколько лет. Эта скорость иллюстрирует, насколько сильное влияние оказывают уникальные человеческие экологические ниши на развивающиеся биологические системы.
Таким образом, исследование в сырной пещере Вермонта разрушает прежние мифы о том, что эволюция - исключительно далекое и тяготящее к геологическим временным рамкам явление. Наоборот, она происходит здесь и сейчас, в непосредственной близости от человека, формируя как природные сообщества, так и продукты, которые потребляются ежедневно на обеденных столах по всему миру. Понимание этих процессов открывает перспективы для более глубокой интеграции микробиологии и гастрономии, а также для разработки инновационных методов контролируемого одомашнивания микробов с целью оптимизации качества пищевых продуктов и расширения вкусового спектра. .
