Исследователи из Технологического института Джорджии проверили важность первого прибытия бактерий, соревнующихся в пробирке. Используя бактерию, которая растет на листьях растений, они подтвердили важность первого прибытия для содействия разнообразию видов и расширили эту гипотезу с некоторыми важными оговорками.
«Мы хотели понять роль истории колонизации видов в регулировании взаимодействия между быстро развивающейся бактерией Pseudomonas fluorescens SBW-25 и конкурирующими видами и то, как это повлияло на адаптивную радиацию P. fluorescens в экосистеме», — сказал Джиаки Тан, ученый-исследователь. в Школе биологических наук Технологического института Джорджии. «Общая закономерность, которую мы обнаруживаем, заключается в том, что более раннее появление P. fluorescens позволило ему в большей степени диверсифицироваться. Если конкурирующие и диверсифицирующие виды очень похожи в экологическом отношении, мы обнаруживаем более сильное влияние истории колонизации видов на адаптивную радиацию».Об исследовании планируется опубликовать 26 апреля в журнале Evolution при поддержке Национального научного фонда. Это исследование считается первым строгим экспериментальным тестом роли истории колонизации в адаптивной радиации.
Биолог-эволюционист Дэвид Лэк изучил группу близкородственных видов птиц, известных как зяблики Дарвина, и популяризировал их в книге, впервые опубликованной в 1947 году. Среди его гипотез было то, что птицы успешно применяли адаптивную радиацию — эволюционное разнообразие морфологической физиологические и поведенческие черты — потому что они были первыми колонизаторами островов. Он предположил, что зяблики заполнили доступные экологические ниши, используя ресурсы таким образом, чтобы ограничить способность прибывающих птиц аналогичным образом утвердиться и разнообразиться.
«Виды птиц, которые прибыли после вьюрков, могли использовать только те ресурсы, которые они не использовали», — объяснил Тан. «Другие птицы не могли диверсифицироваться, потому что для них оставалось не так много ресурсов».Тан и другие исследователи в лаборатории профессора Технологического института Джорджии Лин Цзян проверили эту гипотезу с помощью P. fluorescens, который быстро превращается в два общих фенотипа, дифференцированных по экологическим нишам, которые они занимают в статических микрокосмах пробирки. Внутри двух основных фенотипов — известных как «нечеткие разводки» и «морщинистые разводки» — есть дополнительные незначительные вариации.
Исследователи позволили бактериям колонизировать недавно созданные микрокосмы и разнообразиться, прежде чем внедрить конкурирующие виды бактерий. Шесть конкурентов, которые различались по своей нише и конкурентоспособности по сравнению с P. fluorescens, были представлены индивидуально и позволили расти в течение нескольких поколений.
Их успех и уровень разнообразия были измерены путем помещения образцов микрокосма на чашки с агаром и подсчета количества колоний от каждого вида и подвида.Исследование также включало обратную сторону более ранней истории колонизации, что позволило бактериям-конкурентам обосноваться в микрокосмах до появления P. fluorescens. В соревнованиях участвовал широкий спектр организмов, распространенных в окружающей среде, некоторые из них были извлечены из озера недалеко от кампуса Технологического института Джорджии.
Эксперимент позволил ученым расширить гипотезу о том, что Лак выдвинул 70 лет назад.«Если диверсифицирующие виды и конкурирующие виды очень похожи, у вас может быть сильный приоритетный эффект, при котором впервые появившиеся виды могут сильно повлиять на способность более поздних видов к диверсификации», — сказал Цзян, профессор Школы технологий Джорджии. Биологические науки. «Если виды достаточно разные, то эффект приоритета слабее, поэтому гипотеза о первом прибытии получит меньше поддержки».Адаптивная радиация имеет важное значение для новых экосистем, особенно для организмов, которые быстро эволюционируют.
P. fluorescens производит до десяти поколений в день в экспериментальных условиях, о которых сообщают, что позволило ученым из Технологического института Джорджии изучить, как они эволюционировали в течение 120 поколений — изменения, которые у зябликов заняли бы сотни лет.Популяция бактерий, изученная в лаборатории Цзяна, включала целых 100 миллионов организмов, что намного больше, чем количество птиц на Галапагосских островах. Бесполое размножение бактерий означало, что частота мутаций, вероятно, также отличалась от птиц. Тем не менее, Цзян и Тан считают, что их исследование дает представление о том, как различные виды взаимодействуют в новой среде, на основе исторических преимуществ.
«С точки зрения эволюционной биологии ученые часто сосредотачиваются только на конкретных видах, которые их интересуют», — сказал Цзян, изучающий экологию сообществ. «Мы также должны думать об окружающем экологическом контексте эволюционного процесса».В своей будущей работе Цзян надеется изучить, как внедрение хищников может сочетаться с конкуренцией видов, чтобы повлиять на адаптивную радиацию.
В дополнение к уже упомянутым, исследовательская группа также включала доктора философии Технологического института Джорджии. студент Си Ян, проводивший анализ данных.