Кастрюля с водой стоит на плите. Температура падает: плюс один градус, ноль, минус один — вода остаётся жидкой. Но в какой-то момент лёгкого дуновения достаточно, чтобы вся масса мгновенно застыла в лёд. Такие скачки физики называют фазовыми переходами. Похожие переключения происходят и в живых сообществах — просто роль температуры играют другие силы.

В новой работе учёные строго показали, что популяции микробов испытывают настоящие фазовые переходы первого рода. Для примера взяли бактерий, которым встроили плазмиды — маленькие кольцевые молекулы ДНК, плавающие внутри клетки отдельно от основной хромосомы. Плазмида может давать устойчивость к антибиотику или способность питаться новым веществом, но её копирование и поддержание отнимают у бактерии ресурсы. Если польза не перевешивает затраты, плазмида становится обузой.

Авторы вывели строгую нижнюю границу: если среднее число плазмид на клетку опускается ниже определённого порога, вся популяция скачком теряет их. Выше порога — плазмиды держатся, ниже — исчезают практически мгновенно. Никакого плавного перехода. Такой резкий срыв объясняет, почему в экспериментах с микробами часто видят «всё или ничего»: либо признак есть у всех, либо нет ни у кого.

Связь с родословными клеток добавляет глубины. Каждая бактерия делится, и её потомки наследуют плазмиды. Если из-за случайных колебаний в какой-то ветви плазмид становится меньше порога, эта ветвь обречена — и вскоре вся популяция следует за ней. Так индивидуальные истории складываются в коллективный перелом. Практический вывод прост: биотехнологи, встраивающие полезные гены в бактерии, могут заранее рассчитать, сколько копий нужно поддерживать, чтобы культура не «замёрзла» в нежелательное состояние.