یکی از سؤالات گیج کننده ای که توسط نظریه تکامل مطرح می شود این است که چگونه رفتار مشارکتی، که به نفع سایر اعضای یک گونه و هزینه برای فرد است، به وجود آمد.
رفتار مشارکتی زیست‌شناسان را متحیر کرده است، زیرا اگر بهترین‌ها زنده بمانند، ژن‌های رفتاری که به نفع همه افراد یک جمعیت است نباید دوام بیاورد و رفتار مشارکتی باید از بین برود، جف گور، یکی از همکاران فوق‌دکتری پاپالاردو در بخش فیزیک MIT می‌گوید..
Gore بخشی از تیمی از محققان MIT است که از نظریه بازی برای درک یک راه حل استفاده از مخمر برای حل این مشکل استفاده کرده اند.یافته‌های این تیم، که در نسخه آنلاین Nature در 6 آوریل منتشر شد، نشان می‌دهد که اگر فردی بتواند حتی اندکی از همکاری سود ببرد، می‌تواند حتی زمانی که توسط افرادی احاطه شده باشد که همکاری نمی‌کنند، زنده بماند.
به طور خلاصه، این مطالعه یک مثال ملموس از اینکه چگونه رفتارهای مشارکتی می تواند با نظریه تکامل سازگار باشد ارائه می دهد.
مخمر ممکن است موضوعاتی بعید برای مطالعه رفتار مشارکتی به نظر برسند، اما در واقع آنها کاملاً برای چنین مطالعاتی مناسب هستند. بر خلاف انسان، مخمر هیچ عواطف یا افکاری ندارد که در تصمیم گیری منطقی اختلال ایجاد کند. اعمال آنها صرفاً توسط پاسخ ژنتیکی آنها به محیط انجام می شود.
"شما می توانید تئوری بازی ها را در تعاملات بیولوژیکی اعمال کنید و از برخی جهات به طور گسترده تر از انسان ها قابل استفاده است."
نظریه بازی که به طور سنتی توسط اقتصاددانان و استراتژیست های نظامی به کار می رود، از ریاضیات برای پیش بینی رفتار افراد در موقعیت های خاص استفاده می کند.
همکار و متقلب
با همکاری با پروفسور فیزیک MIT الکساندر ون اودناردن، همچنین نویسنده مقاله، گور یک مجموعه آزمایشی شامل متابولیسم ساکارز مخمر ایجاد کرد. ساکارز منبع غذایی ترجیحی مخمر نیست، اما اگر گلوکز در دسترس نباشد، آن را متابولیزه می کند. برای انجام این کار، آنها باید آنزیمی به نام اینورتاز ترشح کنند که ساکارز را به قندهای کوچک‌تری تبدیل می‌کند که مخمر می‌تواند جذب کند.
بسیاری از این قند منتشر می شود و به طور آزادانه در دسترس سایر سلول های مخمر در محیط است. در این سناریو، مخمرهایی که اینورتاز ترشح می‌کنند به عنوان همکار شناخته می‌شوند، در حالی که مخمرهایی که اینورتاز ترشح نمی‌کنند و در عوض قندهای ساده تولید شده توسط دیگران را مصرف می‌کنند، متقلب نامیده می‌شوند.
اگر همه این قندهای ساده از بین بروند، بدون دسترسی ترجیحی به مخمری که آنها را تولید می کند، بهتر است همیشه تقلب کنیم و همکاران از بین خواهند رفت.
محققان مشاهده کردند که مخمرهای همکار دسترسی ترجیحی به تقریباً ۱ درصد از ساکارز تولیدی خود دارند. این مزیت بیشتر از هزینه کمک به دیگران است و به آنها اجازه می‌دهد با متقلب‌ها با موفقیت رقابت کنند.
علاوه بر این، بدون توجه به تعداد اولیه مخمرها در یک جمعیت معین، میکروب‌ها همیشه در حالت تعادل قرار می‌گیرند، هم همکار و هم متقلب. گور می‌گوید: "مهم نیست از کجا شروع کنید. همیشه تعادل را به پایان می‌رسانید."
این نشان می دهد که مخمرها همان چیزی را بازی می کنند که نظریه پردازان بازی آن را بازی برف می نامند. نام بازی برگرفته از موقعیتی است که در آن دو راننده در خودروهای پشت برف گیر افتاده اند. هر یک می تواند انتخاب کند که از آنجا خارج شود و مسیری را باز کند یا در جای خود بماند. اگر یک راننده بیل نزند، دیگری باید بیل بزند.
بهترین گزینه این است که با ماندن در ماشین در حالی که راننده دیگر بیل می زند، «فریب» کنید. با این حال، بدترین سناریو در صورتی رخ می دهد که هر دو راننده تقلب کنند و کسی به خانه نرسد. بنابراین، بهترین استراتژی همیشه برعکس استراتژی حریف شماست.
همان قوانین در مورد مخمر تقلب و همکاری اعمال می‌شود: مانند راننده‌ای که با اکراه پیاده می‌شود و بیل می‌زند تا هم او و هم راننده همکارش - که داخل ماشینش راحت هستند - به سفر خود ادامه دهند، مخمرهایی که همکاری می‌کنند این کار را می‌کنند. پس چون سود جزئی برای خودشان دارد.با این حال، زمانی که بیشتر مخمرها با هم همکاری می کنند، تقلب برای برخی افراد سودمند است و بالعکس، که امکان ایجاد همزیستی بین متقلبان و همکار را فراهم می کند.
مطالعات نشان داده اند که در طبیعت، مخمرها تعداد متفاوتی از نسخه های ژن اینورتاز را حمل می کنند. گور می‌گوید: این تنوع ژنتیکی در طبیعت ممکن است شبیه همزیستی طولانی‌مدت همکاران و متقلبان باشد که در آزمایشگاه مشاهده می‌شود.
هیون یوک، دانشجوی فارغ التحصیل MIT در رشته فیزیک، نیز نویسنده این مقاله است. این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت و بنیاد ملی علوم تامین شده است.
