В текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences группа ученых BEACON из Университета штата Мичиган обнаружила, что ограничение миграции между популяциями бактерий приводит к лучшей адаптации.
Цена, однако, заключалась в том, что бактерии развивались медленнее.
Однако не торопиться – это не всегда плохо, – сказал Джошуа Нахум, научный сотрудник биокомпьютерного университета МГУ.
«Мы называем это паттерном« Черепаха-Заяц », так как именно медленная и устойчивая популяция с низкой миграцией в конечном итоге выигрывает в фитнес-гонках», – сказал Наум, который является частью Центра изучения эволюции в действии МГУ «Маяк». "Понимание этого эффекта важно, особенно для понимания эволюции болезни, уменьшения эволюции устойчивости к антибиотикам и прогнозирования реакции населения на изменение климата."
Все живые организмы полагаются на эволюцию путем естественного отбора, чтобы лучше адаптироваться к окружающей среде. Эта адаптация требует мутаций или изменений в ДНК, которые улучшают репродуктивный успех, что называется приспособленностью.
Однако вместо ипподрома эти черепахи и зайцы соревнуются на ландшафте, пронизанном холмами, возвышенностями, которые представляют население с высочайшим уровнем физической подготовки.
Для этого исследования команда манипулировала скоростью миграции популяций кишечных бактерий E. кишечная палочка. Они создали сетку из 96 популяций и немного перебрались на соседнюю территорию, что имитировало медленную миграцию. Затем, чтобы воссоздать более быструю миграцию, у них были другие, которые мчались по всей сетке независимо от расстояния.
Команда обнаружила, что популяция с безудержной миграцией, скорее всего, окажется в ловушке на одном холме, который в большинстве случаев не является самым высоким пиком. Почему? Потому что вскоре после их саммита полезные мутации охватывают другие популяции. Это удерживает спринтеров на вершине, не позволяя им взбираться на другие холмы.
Между тем, группы населения с ограниченной миграцией, скорее всего, не торопятся и достигнут более разнообразных пиков.
Черепахи развиваются медленнее, но они могут лучше адаптироваться к окружающей среде, потому что некоторые из исследованных пиков могут иметь более высокую приспособленность, иметь более высокие темпы воспроизводства, чем пик, который был заполнен менее структурированной, хотя и более быстрой популяцией.
Однако спринт на одну вершину приносит недолгую славу недальновидным зайцам. Эти организмы будут иметь кратковременное преимущество перед медленно развивающимися черепахами, но гонка еще не закончена.
Более медленные организмы, которые не поместили все свои эволюционные шарики в одну корзину, вместо этого предпочитают методично взбираться на множество холмов, накапливая множество полезных приспособлений.
«Это открытие дает представление о фундаментальных эволюционных ограничениях; на самом деле, наличие паттерна« черепаха-заяц »подтверждает, что фитнес-ландшафт холмистый и труднопроходимый», – сказал Наум. "Если бы это был ровный пейзаж, заяц каждый раз побеждал бы."