_ Studiul cu drojdie oferă un posibil răspuns la motivul pentru care unele specii sunt generaliste, iar altele sunt specialiști

Într-un studiu de referință bazat pe unul dintre cele mai cuprinzătoare seturi de date genomice asamblate vreodată, o echipă condusă de oameni de știință de la Universitatea Wisconsin-Madison și Universitatea Vanderbilt oferă un posibil răspuns la una dintre cele mai vechi întrebări despre evoluție: de ce unele specii sunt generaliste, iar altele specialiști.

Sub îndrumarea profesorului de genetică UW–Madison Chris Todd Hittinger și Antonis Rokas, profesor de biologie de la Vanderbilt, cercetătorii au cartografiat planurile genetice, apetitul și mediul a peste 1.000 de specii de drojdii, construind un arbore genealogic care ilustrează modul în care aceste ciuperci unicelulare au evoluat în ultimii 400 de milioane de ani.

Rezultatele, publicate în revista Science, sugerează că factorii interni, nu externi, sunt factorii principali ai variației tipurilor de drojdie de carbon pe care le pot mânca, iar cercetătorii nu au găsit nicio dovadă că versatilitatea metabolică sau capacitatea de a mânca diferite alimente, vine cu orice compromis. Cu alte cuvinte, unele drojdii sunt stăpâne și stăpâne în fiecare.

„Asta ne-a surprins cu adevărat”, spune Hittinger, „specialiștii ar trebui să fie mai buni la sursele de carbon pentru care ei. Sunt specializați și generaliști, dacă mănâncă de toate, nu ar trebui să fie la fel de buni. Și, în schimb, nu este ceea ce vedem." construiți o bază de date cuprinzătoare care să cartografieze relația dintre genomuri și trăsăturile drojdiilor, un grup de specii la fel de diverse din punct de vedere genetic ca toate animalele. Setul de date genomice este cel mai cuprinzător compilat vreodată pentru un grup atât de vechi și divers.

Hittinger, un cercetător la Centrul de Cercetare a Bioenergiei din Marele Lacuri, care studiază metabolismul drojdiei, spune, pe lângă faptul că ne aprofundează înțelegerea biodiversității, baza de date îi poate ajuta pe cercetători să identifice sau să creeze drojdii care sunt mai bune în transformarea zaharurilor din plante în biocombustibili și alte alternative la combustibilii fosili.

Începând din 2015, echipa lui Hittinger a secvențiat genomurile și a studiat metabolismul aproape tuturor speciilor cunoscute. a unui grup de drojdii înrudite la distanță cu Saccharomyces cerevisiae, mai bine cunoscută sub numele de drojdie de brutărie.

Au ales acest grup datorită gamei largi de specii care fuseseră identificate și a dietei lor foarte variabile cu carbon.

„Avem o mulțime de ramuri, unele care sunt apropiate una de cealaltă, altele care sunt mai departe”, spune Hittinger. „Aveți o mulțime de oportunități pentru a fi explorate aceleași traiectorii evolutive sau similare. Putem vedea trăsături care au fost câștigate sau pierdute de duzină de ori.”

Ceea ce nu știau ei este cum specia au fost legate.

După asamblarea datelor, cercetătorii au folosit instrumente de învățare automată pentru a afla care gene sunt asociate cu ce trăsături, inclusiv gama de resurse pe care le poate folosi un organism sau condițiile pe care le poate tolera - un concept cunoscut. ca „lățime de nișă”.

La fel ca și alte organisme, unele drojdii au evoluat pentru a fi specialiști – gândiți-vă la koala, care nu mănâncă decât frunze de eucalipt – în timp ce altele sunt generaliste precum ratonii, care mănâncă aproape orice.

Oamenii de știință au încercat să explice de ce atât generaliștii, cât și specialiștii există aproape de când Charles Darwin și-a propus teoria evoluției în 1859.

„Aceste idei se percolau pe vremea lui Darwin și la scurt timp după aceea. , pe măsură ce oamenii au început să... se concentreze asupra ecologiei ca bază a modului în care funcționează selecția naturală", spune Hittinger.

Oamenii de știință au oferit două modele ample pentru a explica fenomenul.

Unul sugerează generaliștii sunt stăpâni, dar nu sunt stăpâni, ceea ce înseamnă că pot tolera o gamă mai largă de condiții sau surse de hrană, dar nu sunt la fel de dominanti ca un specialist într-o anumită nișă.

Cealaltă teorie este că o combinație de factori interni și externi conduce la variația de nișă.

De exemplu, organismele pot dobândi gene care le permit să producă enzime capabile să descompună mai mult de una substanță, extinzând gama de alimente pe care le pot consuma. În schimb, pierderea aleatorie a genelor în timp poate duce la un palat mai îngust.

La fel, mediile pot exercita o presiune selectivă asupra trăsăturilor. Deci, un habitat cu doar una sau două surse de hrană sau temperaturi constante ar favoriza specialiștii, în timp ce generaliștii s-ar putea descurca mai bine într-un mediu cu o gamă mai largă de alimente sau condiții.

Când vine vorba de metabolismul drojdiei, echipa lui Hittinger nu a găsit nicio dovadă de compromisuri.

„Generaliştii sunt mai buni în toate sursele de carbon pe care le pot folosi”, spune Hittinger. „De asemenea, generaliștii sunt capabili să folosească mai multe surse de azot decât specialiștii în carbon. Nu aș fi prezis deloc această relație.”

Datele au arătat, de asemenea, că factorii de mediu joacă doar un rol limitat.

Și acesta a fost surprinzător, spune coautorul Dana Opulente, care a început proiectul ca cercetător postdoctoral la UW–Madison și acum este profesor asistent de biologie la Universitatea Villanova.

„Ne-am putea aștepta. să găsesc specialiști mai ales în tulpini domestice, dar nu este cazul”, spune Opulente. „Putem găsi generaliști și specialiști în sol și pe flori. Îi găsim în toate aceleași locuri.”

Hittinger avertizează că există limitări la ceea ce poate fi dedus din date. Este posibil ca compromisuri să fie prezente la speciile care nu au fost studiate. Iar experimentele de laborator folosite pentru a măsura creșterea metabolică nu pot reproduce condițiile din sol, scoarță de copac sau intestine de insecte unde drojdiile trăiesc în natură.

Opulente lucrează acum pentru a colecta mai multe date despre acele medii naturale, ceea ce ar putea dezvălui o influență ecologică mai puternică asupra lărgimii nișei.

„Dacă avem mai multe date, există o mulțime de alte întrebări care ar putea fi puse”, spune Opulente.

De asemenea, studiul nu explică de ce, dacă nu există compromisuri, toate drojdiile nu sunt generaliste.

O posibilă explicație este că genele dispar adesea în timpul evoluției și atâta timp cât nu este esențial pentru supraviețuire, mutația poate treci mai departe și preia o populație. Specialiștii ar putea evolua continuu din generaliști prin acest proces.

„Nu sunt sigur că am răspuns încă la această întrebare”, spune Hittinger.

(Fluierul)