Forscher, die evolutionäre Dynamik von Bakterien und Viren in sprudelnden Glasröhren haben eine evolutionäre Theorie von zentraler Bedeutung für Ökologen studieren mehr vertraut Flora und Fauna in der freien Wildbahn bestätigt.
Die Theorie sagt voraus, wie die Bewegung von Individuen zwischen verschiedenen Populationen einer Art evolutionären Wandel in diesen Populationen Einflüsse, insbesondere im Hinblick auf koevolutionären Interaktionen zwischen den Arten.
Dies ist ein wichtiges Thema für das Verständnis der langfristigen Auswirkungen der zunehmenden Fragmentierung der natürlichen Lebensräume durch menschliche Aktivitäten. Viele Ökologen glauben, dass die Fragmentierung der Landschaft, durch die Trennung Gemeinschaften von Organismen, die verbunden war, hat das Potenzial, die evolutionären Prozesse, die Organismen auf veränderte Bedingungen vor Ort anpassen können ändern. Diese Studie liefert harte Beweise, um diese Ansicht zu unterstützen.
Die Studie, in der 14. Oktober-Ausgabe der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, blickte auf die Koevolution von einer gemeinsamen Art von Bakterien, Escherichia coli und ein Virus, das er infiziert, als Bakteriophagen T7. Die Forscher konnten Anpassungen, die in beiden Bakterien und Viren Populationen entstanden verfolgen und zeigen, dass das Muster der Anpassung an die Umwelt, in der die Organismen wachsen und die Ausbreitung von Genen zwischen verschiedenen Populationen angewiesen.
Ökologen verwenden den Begriff "Gen-flow", um die Ausbreitung von genetischen Varianten, die die Bewegungen von Personen begleitet beschreiben. Diese Studie liefert den ersten direkten empirischen Beweise dafür, dass Genfluss in einer heterogenen Landschaft kann die Dynamik der Koevolution ändern.
"Durch die Zusammenarbeit mit Mikroben, die durch etwa zehn Generationen pro Tag im Labor zu gehen, können wir evolutionäre Veränderungen durch die Zeit und beantworten Fragen, die bisher nur theoretisch behandelt worden Strecke waren", sagte Samantha Forde, Postdoktorand an der University of California , Santa Cruz , und erste Autor des Papiers.
Forde ist Koautoren sind John Thompson, Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie an UCSC und mikrobiellen Ökologen Brendan Bohannan der Stanford University. Forde führte die Studie als Postdoktorand in Bohannan Labor in Stanford.
Laut Thompson ist die Geschichte der Evolution und der Diversifizierung des Lebens auf der Erde im Grunde eine Geschichte der Evolution der Arten Wechselwirkungen oder Koevolution. Thompson ist ein führender Verfechter der geographischen Mosaik Theorie der Koevolution, was bedeutet, dass jede Spezies eine Sammlung von genetisch unterschiedliche Populationen, die sich über Landschaften verbunden sind, was in komplexen geographischen Mosaiken von Interaktionen zwischen den Arten, die unterschiedlich entwickeln können an verschiedenen Orten ist, betont.
"Wir haben einen ziemlich soliden theoretischen Rahmen zur Erklärung koevolutionären Interaktionen zwischen den Arten und wie Koevolution organisiert Artenvielfalt durch Netzwerke von Interaktionen über Landschaften", sagte Thompson. "Diese Experimente sind ein Schritt in Wirklichkeit übersetzen, dass die Theorie in die prädiktive Analysen der natürlichen Populationen."
Die Experimente verwendet ein vereinfachtes System im Labor mit den Vorhersagen der Theorie zu testen. Die grundlegende koevolutionären Dynamik der E.-coli-Bakterien und Bakteriophagen T7 sind bekannt. Wenn T7 auf eine Population von E. coli eingeführt wird, die Bakterien schnell entwickeln Resistenz gegen das Virus. Der Virus, der wiederum entwickelt sich die resistenten Bakterien angreifen, und dann werden die Bakterien in der Lage, eine zweite Ebene der Widerstand gegen die stärkere Form des Virus zu entwickeln.
Nach Bohannan haben mikrobielle experimentelle Systeme werden immer beliebter in der Ökologie, die zum Teil auf den Grad der Kontrolle, die sie bieten und ihre relative Einfachheit. "Koevolutionären Veränderung geschieht schnell in diesen Gemeinden und kann leicht erkannt werden. Darüber hinaus die Gene hinter diesen koevolutionären Änderungen sind bekannt und zugänglich zu studieren", sagte Bohannan.
Forde einrichten mikrobieller Gemeinschaften von Bakterien und Viren mit unterschiedlichen Nährstoffgehalte in einer Reihe von Chemostate - Glas Kulturröhrchen, dass Nährstoffe und Sauerstoff und abzuschöpfen Abfälle bereitzustellen. In einer Reihe von Chemostate den Gemeinden blieben isoliert voneinander. In einem anderen Satz, Forde in regelmäßigen Abständen eine Reihe von Transfers zwischen Gemeinden, saugt eine Pipette voll von Bakterien und Viren aus einer Chemostat und ihn an die nächste, und so auf der ganzen Linie. Sie hat auch in regelmäßigen Abständen die Populationen von Bakterien und Viren in jeder Gemeinde analysiert.
"Ich habe im Labor einer fragmentierten Landschaft mit Gemeinschaften von Mikroben wachsen in unterschiedlichen lokalen Umgebungen, und dann sah ich, was passiert im Laufe der Zeit, wenn die Fragmente isoliert und wenn es Genfluss zwischen den Fragmenten," Forde sagte.