Biodiversiti merangsang pertumbuhannya sendiri • Alexander Markov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Mikrobiologi, Evolusi

Keanekaragaman hayati merangsang pertumbuhannya sendiri.

Rajah. 1. Biolog EcoPlate – mati untuk menentukan pelbagai sumber makanan yang digunakan oleh spesies mikrob tertentu atau komuniti mikroba keseluruhan. Setiap sel mengandungi beberapa bahan – sumber makanan berpotensi. Adalah mungkin untuk menilai dari kecerahan warna dengan intensiti mikrob yang dihuni di dalam piring menggunakan bahan ini. Menggunakan peranti sedemikian, pengarang artikel yang sedang dibincangkan menilai spektrum makanan strain percubaan dan kepelbagaian fungsional komuniti. Imej dari ecobiosoil.univ-rennes1.fr

Eksperimen evolusi pada komunitas mikrob yang terdiri daripada beberapa spesies yang berkait rapat telah menunjukkan bahwa keanekaragaman hayati dapat merangsang pertumbuhannya sendiri, menyumbang kepada kepelbagaian mikroba. Dasar mekanisme ditemui adalah persaingan untuk sumber makanan. Memandangkan bilangan spesies dalam masyarakat bertumbuh, persaingan untuk bulatan yang sempit daripada sumber karbon yang paling "popular" sedang menggiatkan, sementara sumber-sumber lain masih kurang dimanfaatkan. Hasilnya adalah kelebihan terpilih dari mutan yang berbeza, di mana kadar pembiakan dalam ketiadaan persaingan interspecific dikurangkan, tetapi kecekapan menggunakan substrat tidak popular meningkat.Dalam komuniti yang mempunyai kepelbagaian yang rendah, mutan tersebut diseleksi oleh pemilihan, dan karenanya biodiversiti masyarakat mudah masih rendah, dan semakin kompleks.

Kedua-dua umpan balik negatif dan positif terlibat dalam evolusi keanekaragaman hayati. Dalam komuniti yang mempunyai kepelbagaian yang tinggi, kepelbagaian selanjutnya dapat dihalang oleh hakikat bahawa semua niche berpotensi telah diisi dan semua sumber dikongsi. Ini adalah contoh maklum balas negatif. Sebaliknya, pertumbuhan kepelbagaian dapat mempercepatkan dirinya sendiri disebabkan oleh fenomena seperti membuat ceruk (pembinaan Niche) (lihat: Reaksi rantai spesi, Elemen, 11 Februari 2009) dan mengurangkan kemungkinan kepupusan spesies yang dikaitkan dengan masyarakat kepelbagaian yang tinggi. (lihat: Dalam komuniti yang pelbagai, haiwan mempunyai kurang berkemungkinan kepupusan, "Elements", 13 Mei 2009). Ini adalah contoh maklum balas positif dalam evolusi keanekaragaman hayati.

Dalam satu siri eksperimen evolusi jangka pendek mengenai bakteria Pseudomonas fluorescens ahli biologi dari Jerman dan Perancis telah menunjukkan satu lagi mekanisme berpotensi di mana biodiversiti dapat merangsang pertumbuhan mereka sendiri.

Eksperimen telah dijalankan pada lapan jenis pseudomonad, yang secara formal semuanya tergolong dalam bentuk Pseudomonas fluorescens, tetapi pada masa yang sama mereka sangat berbeza dalam parameter biokimia dan ekologi mereka, dan oleh sebab itu penulis yakin mereka menyebutnya "spesies", mengabaikan perbezaan nomenclature.

Tumpuan penyelidik adalah ketegangan (atau spesies) P. Fluorescens F113, dalam genom yang mana gen rintangan kanamycin ditambah untuk menjadikannya mudah untuk memisahkannya daripada spesies lain. Komuniti mikrob dengan pelbagai jenis spesies dan kepelbagaian fungsian dikumpulkan dari spesies ini dan tujuh yang lain. Dengan kepelbagaian fungsional (RF) difahami sebagai kepelbagaian spektrum menggunakan sumber makanan (sumber karbon) dalam bakteria milik masyarakat. Spektrum pemakanan setiap strain ditentukan dengan menggunakan plat Biolog EcoPlate (Rajah 1).

Penyelidik mengendalikan bukan sahaja kepelbagaian komuniti di mana evolusi ketegangan F113 sedang berlaku, tetapi juga keupayaan bakteria untuk perubahan evolusi yang pesat. Untuk melakukan ini, setiap eksperimen diulangi dengan bakteria F113 yang diubahsuai, di mana gen rekombinasi spesifik tapak telah dilumpuhkan (lihat penggabungan semula tapak-spesifik) XerD.Enzim ini kadang-kadang membentuk semula genom, menukar serpihannya, yang secara dramatik meningkatkan frekuensi sel-sel mutan. Oleh itu, mematikannya harus mengurangkan keupayaan bakteria untuk cepat menyesuaikan diri.

Dalam setiap eksperimen, komuniti mikrobiologi yang baru disiapkan dengan kepelbagaian fungsi (RF) dan strain F113 tertentu dicampurkan dengan nisbah 4: 1, dan campuran yang dihasilkan kemudian berkembang dalam masa 48 jam, yang bersamaan dengan kira-kira lima puluh generasi (divisi sel). Penulis berharap bahawa dalam masa yang singkat bakteria F113 rec (tidak mempunyai XerD), tidak akan mempunyai masa untuk berubah, kerana mereka akan mempunyai sedikit mutasi yang berguna. Harapan ini kemudiannya disahkan.

Ternyata semakin tinggi DF masyarakat, semakin rendah proporsi F113 dalam campuran terakhir mikroba setelah eksperimen selama 48 jam. Ini bermakna bahawa persaingan sengit intensif untuk sumber menghadkan pembiakan F113. Perkara yang sama boleh dikatakan dengan kata lain: kecergasan relatif F113 (berhubung dengan seluruh komuniti) menurun apabila FR berkembang.

Di dalam mikrob jenis liar (F113 rec+a) penurunan kecergasan dengan peningkatan dalam FR kurang ketara daripada dalam mikrob yang diubahsuai dengan mutagenesis yang tertunda (rekod F113). Eksperimen tambahan mengesahkan bahawa mikroba F113 rec+ pada akhir eksperimen, mereka berjaya bersaing dengan mikrob lain dari komuniti "mereka" daripada rekod F113. Ini bererti bahawa disebabkan oleh rekombinasi XerD, adaptasi bakteria kepada kehidupan di dalam masyarakat lebih berjaya.

Kini adalah perlu untuk memeriksa sama ada recast F113 telah berlaku.+ dalam percubaan, kepelbagaian, iaitu, sama ada fenotip baru muncul yang berbeza dari yang awal dalam spektrum sumber yang digunakan. Untuk melakukan ini, penggantungan bakteria telah diencerkan, ditaburkan di agar dan mengkaji morfologi koloni yang dihasilkan dari sel tunggal. Hakikatnya ialah P. fluorescens, seperti bakteria lain, mutasi yang mengubah metabolisme, sering juga mengubah bentuk koloni. Ternyata di antara bakteria F113 rec+ banyak mutan benar-benar muncul. Lebih-lebih lagi, semakin tinggi DF komuniti, semakin besar kadar mutan yang berbeza di kalangan rekod F113+ pada akhir eksperimen selama 48 jam. Dalam sesetengah kes, mutan benar-benar menggantikan ketegangan asal (Rajah 2). Oleh itu, ia telah disahkan bahawa kepelbagaian masyarakat menyumbang kepada kepelbagaian. Antara rekod mikrob F113 mutan tidak dapat dijumpai.

Rajah. 2 Kadar sel mutan di kalangan bakteria F113 rec+ pada akhir eksperimen evolusi selama 48 jam, bergantung kepada kepelbagaian fungsi komuniti di mana evolusi berlaku. Gambar dari artikel dibincangkan di Kemajuan Sains

Penulis menentukan julat penggunaan sumber makanan oleh bakteria mutan dan membandingkannya dengan keutamaan makanan bakteria asli F113, serta tujuh spesies lain yang menyertai eksperimen tersebut. Ternyata persaingan utama antara mikrob hanya sebahagian daripada bahan yang ada dalam medium nutrien. Kebanyakan spesies memberi makan kepada sumber karbon yang "popular" ini. Pada masa yang sama dalam alam sekitar terdapat banyak nutrien lain yang digunakan kurang intensif dan hanya spesies tertentu. Sehubungan itu, persaingan bagi bahan-bahan "tidak popular" ini lebih lemah. Lapan spesies yang mengambil bahagian dalam eksperimen mempunyai spektrum yang sama untuk menggunakan bahan "popular", tetapi sangat berbeza dalam penggunaan "tidak popular".

Strain asal F113 adalah pakar tropika, iaitu, seperti kebanyakan spesies lain – peserta dalam eksperimen, pada dasarnya diberi sedikit set "bahan" yang popular dan hanya menggunakan "yang tidak popular". Semua bakteria mutan yang diperolehi dari F113 dan telah mencapai nombor yang ketara (iaitu, disokong oleh pemilihan) berbeza daripada ketegangan asal dalam pelbagai sumber yang aktif digunakan secara aktif.Mutant sebahagian besarnya bertukar kepada sumber karbon yang "tidak popular". Berbanding dengan keturunan nenek moyang F113, mereka menjadi ahli generik tropis. Jelas sekali, ini membantu mereka mengelakkan persaingan dan memastikan kejayaan dalam komuniti yang mempunyai DF tinggi.

Ia juga menunjukkan bahawa mutan, yang belajar bagaimana menggunakan sumber-sumber yang tidak digunakan oleh masyarakat secara berkesan, telah membayar harga yang tinggi untuk pencapaian evolusi ini: penyesuaian mereka kepada kehidupan dalam keadaan penurunan persaingan sengit menurun. Mereka kehilangan kadar pertumbuhan mereka kepada nenek moyang mereka – bakteria bukan mutan F113, jika tidak terdapat spesies lain yang bersaing di sekitar (atau jika terdapat sedikit spesies dan masyarakat DF yang rendah). Ini menjelaskan mengapa mutan – pakar generik makanan merebak terutamanya dalam komuniti yang mempunyai RF tinggi, di mana kecergasan ketegangan asal F113 dikurangkan disebabkan persaingan interspecifik akut. Oleh itu, hanya ahli generalis mutan yang mampu bersamanya.

Tidak ada apa yang tidak dijangka dalam fakta bahawa pelupusan beberapa bahan telah dibayar dengan mengurangkan kecekapan menggunakan bahan-bahan lain: ini adalah umum, walaupun banyak pengecualian, peraturan evolusi – prinsip "kompromi evolusi" (trade off, lihat: Peter T. Ellison, 2014Pertikaian Evolusi). Pakar, seperti yang diketahui, adalah serupa dengan fluks, tetapi dalam bidang yang sempit dia, sebagai peraturan, memenangi persaingan umum. Adalah penting bahawa dalam kes ini, kemungkinan untuk melakukan eksperimen menunjukkan peranan kompromi evolusi dalam pembentukan masyarakat yang pelbagai. Jika strain yang mampu menggunakan sumber karbon "tidak popular" secara cekap, tidak kalah dengan ketegangan asal dalam persaingan untuk substrat "popular" atau untuk sesuatu yang lain dalam keadaan yang berbeza, mereka akan lama-lama menggantikannya di mana-mana, dan kepelbagaian biodiversiti global akan berkurangan.

Oleh itu, kajian itu mengesahkan bahawa kepelbagaian masyarakat yang tinggi dapat merangsang pertumbuhan sendiri, menyumbang kepada kepelbagaian spesies dalam masyarakat. Mekanisme yang dicadangkan adalah berdasarkan kepada persaingan untuk sumber dan berbeza dari "menciptakan niche", walaupun para pengaku mengakui bahawa mencipta niche (misalnya, menggunakan beberapa jenis produk sisa yang lain atau pilihan lain untuk hubungan yang saling menguntungkan, lihat: Evolusi spesies dalam masyarakat tidak pergi dalam monokultur, "Unsur", 05/19/2012) juga boleh membuat sedikit sumbangan kepada hasil.

Adalah jelas bahawa pertumbuhan kepelbagaian biologi tidak dapat mempercepatkan kepelbagaian ke tak terhingga: pada suatu titik ketepuan harus datang. Seluruh permainan dibina atas ketersediaan sumber yang tidak digunakan dalam sistem, dan lambat laun biodiversiti akan berkembang supaya sumber-sumber akan dibahagikan kepada serbuk terakhir. Kemungkinan besar, biodiversiti akan mula melambatkan kepelbagaian lama sebelum titik ini. Kajian lanjut akan menunjukkan betapa luasnya mekanisme pertumbuhan autokaliitik keanekaragaman hayati ini.

Antara lain, kajian itu menunjukkan dengan jelas bahawa skala "ekologi" dan "evolusi" hampir bersamaan, sekurang-kurangnya dalam dunia mikrob. Perubahan evolusi yang paling tulen, berdasarkan mutasi dan pemilihan, mengubah struktur fungsional dan kepelbagaian masyarakat, berlaku dalam eksperimen ini dalam beberapa 48 jam yang tidak masuk akal.

Sumber: Alexandre Jousset, Nico Eisenhauer, Monika Merker, Nicolas Mouquet, Stefan Scheu. Kepelbagaian fungsian tinggi merangsang kepelbagaian dalam komuniti mikrobial eksperimen // Kemajuan Sains. 2016. V. 2. P. e1600124.

Lihat juga:
1) Pelbagai serangga tropika dikekalkan kerana pengkhususan parasit yang sempit, "Unsur", 03/18/2014.
2) Evolusi spesies dalam masyarakat berbeza daripada monokultur, "Elemen", 05/19/2012.
3) Telah terbukti secara eksperimen bahawa kepelbagaian komuniti tumbuhan disokong oleh perbezaan spesies di tempat yang berbeza, "Unsur", 09/23/2009.
4) Dalam masyarakat yang pelbagai, haiwan kurang berkemungkinan mati, "Elemen", 05/13/2009.
5) tindak balas rantaian spesiasi, "Unsur", 11.02.2009.
6) Keanekaragaman hayati, serta populasi, tumbuh di sepanjang hiperbola (mengikut artikel oleh A.V. Markov dan A.V. Korotayev "Dinamika kepelbagaian haiwan laut Phanerozoik sesuai dengan model pertumbuhan hiperbola").

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: