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社区级遗传进化的新见解

如果基于某种社区层面的功能在数千个微生物群落上进行选择实验,会发生什么?来自ESPCI Paris-PSL、法国大学和ENS-PSL的研究人员使用一种理论方法来证明这不仅是可行的,而且社区层面的遗传可以来自微生物间的相互作用的进化。研究结果发表在eLife上。

遗传是达尔文进化论的一个基本要求,但它的起源却鲜为人知。一组来自CBI、法国大学和IBENS的科学家表明,组成部分之间的相互作用可以进化到建立遗传物质基础的程度。

该团队模拟了嵌套在一组进化的微生物群落中的微生物细胞的进化。这项工作的核心是模拟数千个群落,这些群落要么被消灭,要么被允许繁殖,这取决于给定的群落水平表现型的表达。

建立社区是由没有相互作用的微生物细胞组成的,因此亲本社区和它们的直接后代社区之间的关系是任意的,仅由随机效应决定。但经过一段时间的群落级选择后,细胞间的相互作用压倒了随机抽样效应,使得群落能够产生高保真度的后代群落。

该研究的作者Paul Rainey说:“值得注意的是,群体进化出了留下后代副本的能力,而后代副本与父母群体非常相似。”“其基础类似于微生物细胞间密度依赖的相互作用所产生的发育过程。”

这项研究为生物技术、医学和农业中的许多应用奠定了坚实的理论基础,在这些应用中,微生物群落的选择将产生新的功能、新的化学反应,甚至新的生物体。这项工作也解决了支撑生物复杂性进化的问题,从第一个自我复制化学物质的进化,到共生生物的进化,例如那些产生真核细胞的生物。

这项研究是由PSL大学生命起源倡议组织OCAV资助的。由Jerome Bibette和他的CBI团队建造的一个真正的“进化机器”现在已经进入了beta测试阶段。这台机器允许对中心思想进行实验性探索,并将被用于构建用于广泛应用的新型微生物生命。

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