Opłaca się współpracować

03 Jan 11:52 am


Original: http://web.mit.edu/newsoffice/2012/microbe-cooperation-for-survival-1113.html by Anne Trafton

Wiele gatunków wykazują wspólne strategie przetrwania – na przykład dzielenie się jedzeniem lub ostrzeganie innych osobników, gdy drapieżnik jest w pobliżu. Jednakże, istnieje prawie zawsze darmozjadów w populacji, którzy skorzystają z kooperantami. Można to zaobserwować nawet wśród drobnoustrojów, takich jak drożdże, gdzie “oszustów” konsumować żywności produkowanej przez swoich sąsiadów, nie przyczyniając się któregokolwiek z własnych.

W świetle tego, biolodzy ewolucyjni od dawna zastanawiał się, dlaczego współpraca jest opłacalna strategia przetrwania, ponieważ zawsze będą tacy, którzy oszukują. Teraz fizycy MIT znaleźli możliwą odpowiedź na to pytanie: Wśród drożdży, spółdzielcy ludności faktycznie mają większe szanse na przeżycie niż oszustów, kiedy gatunek konkuruje wprowadza się do środowiska.

Ten eksperymentalny setup, w którym drożdże muszą współistnieć z bakteryjnego konkurenta bardziej imituje naturalne środowisko, gdzie gatunki często muszą konkurować ze sobą o ograniczone żywności i innych zasobów.

“To jest bardzo trudne do zbadania tych rzeczy w kontekście prawdziwie naturalne”, mówi Jeff Gore, profesor fizyki w MIT i główny autor nowego badania, które pojawia się w czasopiśmie Molecular Systems Biology w sprawie 13 listopada. “Doświadczenia te mogą działać jako most między jednym gatunku eksperymentów i bardzo skomplikowanych dynamiki ekosystemów, które są tam.”

Hasan Celiker, MIT absolwent inżynierii elektrycznej i informatyki, jest papier główny autor.

Oszuści nie rozwijać, czasami

Gore i Celiker studiował szczep drożdży, który opiera się na małych cukrów, takich jak glukoza i fruktoza dla pożywienia. Gdy komórki hoduje się drożdży probówki zawierającej sacharozę, niektóre tajne enzym rozkładający sacharozy na mniejsze cukrów, z których się i rozproszonych są dostępne dla każdego pobliżu komórki drożdży.

W 2009, Gore i wsp. opublikowali badania wskazujące, że w stabilnej ludności tych drożdży, pasożytów dominować. Tylko 14 procent z komórek drożdży współpracować przez enzymy metaboliczne wydzielających, a reszta cieszyć bounty pracy innych.

W nowym badaniu, naukowcy chcieli przywieźć eksperymentalny system bliżej złożoność naturalnych środowiskach. “Nasze podejście jest zacząć od najbardziej prostego systemu można,” Gore mówi. “Potem chcielibyśmy, aby spróbować zrozumieć tych bardziej skomplikowanych interakcji między różnymi gatunkami, tak krok dziecka w tym kierunku, dodaliśmy bakteryjnej konkurenta.”

Ten bakteryjne konkurentem zużywa dużo cukru wyprodukowanego przez spółdzielnię drożdży, a także w przypadku innych środków konkuruje, takie jak substancje odżywcze. Po tych bakterii dodano procent populacji współpracownikami drożdży wzrosła do około 45 procent.

Nie dlatego, że drożdże “zdecydować”, aby stać się bardziej na współpracy, jak ludzie mogą w obliczu zewnętrznego zagrożenia, Gore mówi. Jest określana wyłącznie przez genetyki. “To jest punkt robi eksperymenty z populacji drobnoustrojów: Nie powinno być to mechanizm, możemy zrozumieć,” mówi.

Dodatkowa konkurencja

W tym przypadku, naukowcy odkryli dwa mechanizmy w pracy. Po pierwsze, w obliczu dodatkowego konkursu dla cukrów, Współpracowników mają niewielką przewagę nad oszustów, ponieważ mają nieco łatwiejszy dostęp do cukru, które produkują sami.

Powiązany mechanizm wiąże gęstość zaludnienia. Gdy bakterie są obecne, w ogólnej populacji drożdży pozostaje mniejsze i jest zmuszony do rozprzestrzeniania się więcej, tym trudniejsze dla darmozjadów znaleźć pożywienie.

“Komórki oszust naprawdę mogą rozprzestrzeniać, gdy istnieje wiele innych drożdży, ponieważ jest dużo cukru, tam dla nich. Jeżeli nie ma bardzo wiele drożdży, to jest wyzwanie dla oszustów do rozprzestrzeniania “Gore mówi.

Badanie stanowi ważny krok w kierunku integracji interakcji między gatunkami w zrozumienie naukowców ewolucji współpracy, mówi Michael Brockhurst, profesor biologii na Uniwersytecie York.

“To sugeruje, że skutki oddziaływania gatunków na społecznych cech u naturalnych zbiorowisk może być bardzo dynamiczny i złożony, a przez to obszar, dojrzałe, dla przyszłych badań”, mówi Brockhurst, który nie był częścią zespołu badawczego.

Choć eksperyment nie precyzyjnie odtworzyć naturalne warunki, to nie dowodzi, że ważne jest, aby spróbować zbliżyć się do tych warunków, jak to możliwe, Gore mówi.

“Jeśli po prostu studiować coś w izolacji, takich jak drożdże w probówce, można stwierdzić, że współpraca jest bardzo niestabilna,” mówi. “Ale jeśli spojrzeć na te populacje dzikich, gdzie ich gęstości są ograniczone i muszą współpracować z tych wszystkich innych gatunków, może dojść do bardzo różnych wniosków dotyczących tego, jak trudno jest dla spółdzielni zachowania na przetrwanie.”

W przyszłych badaniach, Gore ma nadzieję dodać kolejne złożoność ekosystemów doświadczalnych drobnoustrojów, w tym różnej wielkości siedlisk drożdży.

Badania zostały sfinansowane przez National Institutes of Health, National Science Foundation, Pew Fellowship, fundamentalne pytania w biologii ewolucyjnej Grant, Sloan Foundation Fellowship oraz stypendium Siebel.

Comments are closed