We moeten allemaal het spel van het leven spelen met de kaarten die we krijgen, zo luidt het algemene aforisme. In de biologie betekent dit dat organismen door natuurlijke selectie moeten concurreren met de genen en anatomie waarmee ze zijn geboren.
Maar het gezegde is een leugen.
Oké, het is niet echt een leugen, maar modern onderzoek suggereert dat het spel van het leven veel gecompliceerder is dan we hadden verwacht. Er zijn mogelijkheden om kaarten te ruilen en zelfs de handen van andere spelers te stelen.
Onderzoekers van UC Santa Barbara hebben de effecten van deze strategie onderzocht, met name het vermogen om metabolische routes te verwerven. De wetenschappers ontdekten dat het aannemen van een ander metabolisme grote concurrentiegevolgen kan hebben, met gevolgen voor de evolutie en ecologie van een soort. De resultaten verschijnen in het tijdschrift Ecology.
De term “metabolisme” omvat alle chemische reacties die in een organisme plaatsvinden om het leven in stand te houden. Voor dieren omvat dit de noten en bouten van processen zoals ademhaling, spijsvertering, beweging, enz. Een verworven metabolisme is een metabolische route die niet is gecodeerd in het DNA van een organisme.
Voorbeelden van verworven metabolismes zijn er in overvloed in de natuur. Sommige zijn bekend, zoals de microben in de darm van een koe die het mogelijk maken om cellulose te verteren. Andere komen vaker voor, maar zijn minder bekend. Denk bijvoorbeeld aan de symbiotische schimmels die planten helpen mineralen uit de bodem te halen. En dan zijn er echt ongebruikelijke verworven metabolismes, zoals zeeslakken die chloroplasten uit hun voedsel stelen zodat ze kunnen fotosynthetiseren.
advertentie
Hoewel verworven metabolismes goed worden bevestigd in de literatuur, werd in eerder onderzoek vooral gekeken naar de interacties met omgevingsfactoren. De UC Santa Barbara-groep onderzocht hun rol in groei en gemeenschapsdynamiek, met de nadruk op verworven fototrofie, zoals die van de zeeslak. “We wilden echt begrijpen of deze verworven fototrofie een organisme een concurrentievoordeel zou geven”, zegt hoofdauteur Veronica Hsu, die de studie als student afrondde.
De auteurs beschouwden twee eencellige eukaryoten (organismen waarvan de cellen een kern bevatten). De eerste, een soort in het geslacht Colpidium, leeft van een dieet van kleinere microben. De tweede, Paramecium bursaria, deelt het dieet van zijn tegenhanger, maar had op een bepaald moment in het verleden ook het vermogen gekregen om te fotosynthetiseren.
De onderzoekers analyseerden de twee microben onder vier verschillende lichtomstandigheden. Colpidium kon het goed met elkaar vinden, ongeacht de setting; P. bursaria deed het echter veel beter onder helderdere omstandigheden, waar het kon profiteren van zijn unieke vermogen.
Toen zetten de wetenschappers de microben tegen elkaar op. Ze zagen een gradiënt van concurrentievoordeel over verschillende lichtniveaus. In het donker versloeg Colpidium P. bursaria. Ondertussen domineerde onder heldere omstandigheden P. bursaria.
“Ik denk dat het op het idee komt dat je niet overal goed in kunt zijn”, zegt co-auteur Holly Moeller, een assistent-professor bij de afdeling Ecologie, Evolutie en Mariene Biologie. Aanpassing aan een verworven stofwisseling kan ten koste zijn gegaan van het jachtvermogen van P. bursaria. Maar bij hoge lichtniveaus compenseert de boost van fotosynthese deze handicap meer dan.
advertentie
Opmerkelijk was dat de twee microben naast elkaar konden bestaan onder middelmatige lichtomstandigheden. P. bursaria’s verworven fototrofie stelde het in staat om directe concurrentie met Colpidium te vermijden in wat wetenschappers ‘niche-partitionering’ noemen.
De resultaten tonen aan dat symbiose en verworven metabolisme de gemeenschapsdynamiek drastisch kunnen beïnvloeden. “Uitbreiding van je metabolische repertoire heeft trapsgewijze implicaties voor hoe je de kost kunt verdienen en de mate waarin je andere organismen uit de weg gaat schuiven,” zei Moeller.
De onderzoekers wendden zich vervolgens tot het vertrouwde Lotka-Volterra-model om te beschrijven wat ze hadden gezien. Dit model is ongelooflijk eenvoudig en veelzijdig en biedt biologen een systeem dat alle mogelijke uitkomsten van concurrentie kan vastleggen. Het is meer dan 100 jaar geleden ontwikkeld en is een standaard geworden voor intro-biologielessen tot en met peer-reviewed onderzoek.
En toch kon dit solide systeem de subtiliteit die werd geïntroduceerd door P. bursaria’s verworven fototrofee en de feedbackcyclus die het creëerde niet vastleggen. Het team moest een eigen systeem van vergelijkingen ontwikkelen dat expliciet rekening hield met deze nuances. “Er zijn veel verschillende manieren om competitieve resultaten te verklaren,” zei Hsu, “en ik denk dat dit een licht werpt op hoe belangrijk metabolisme kan zijn.”
Het is belangrijk om te bestuderen hoe verworven metabolismes de evolutie en ecologie beïnvloeden, omdat ze een fundamenteel onderdeel zijn van het leven op aarde. We beschouwen fotosynthese bijvoorbeeld over het algemeen als een kenmerk van planten. “Maar dat is ook een oude aanwinst”, zei Moeller. “Ze hebben hun chloroplasten geërfd van een eukaryote voorouder die een cyanobacterie heeft gedomesticeerd.”
“Mitochondriën worden ook verkregen van bacteriën”, voegde Hsu eraan toe. In feite hebben beide organellen hun eigen DNA, los van het nucleaire genoom van een cel.
“Dit is hoe eukaryoten het spel al zo’n 2 miljard jaar spelen”, merkte Moeller op. En onze eenvoudigere tegenhangers, prokaryoten, houden zich waarschijnlijk bezig met nog meer biologische kaartruil. Velen zijn in staat om DNA rechtstreeks te delen in een proces dat bekend staat als ‘horizontale genoverdracht’.
De groep van Moeller zal de implicaties van verworven metabolismes blijven bestuderen. Ze zijn vooral nieuwsgierig naar de overgang van heterotrofie (uitwendig voedsel verkrijgen) naar autotrofie (zelf voedsel produceren), vooral fotosynthese. “We proberen te begrijpen waardoor deze vormen van metabolisme rond de toppen van de takken van de levensboom springen”, zei ze.
Moeller is van plan wiskundige modellen te gebruiken om deze overgangen te onderzoeken, naast het zoeken naar praktijkvoorbeelden. En bij toekomstige experimenten zullen microben betrokken zijn die nauwer aan elkaar verwant zijn, waardoor het team meer variabelen kan controleren. “De experimenten helpen ons betere modellen te bouwen,” zei ze, “terwijl de modellen ons helpen beter te begrijpen wat er in de experimenten is gebeurd.”
Meer onderzoek is zeker welkom. Omdat in deze ingewikkelde hoek van de biologie tenminste één ding overduidelijk is geworden: we zouden een minder dynamische, minder complexe ecologie op deze planeet hebben als organismen alleen konden spelen met de kaarten die ze kregen.
lees het gehele artikel bij de bron
————————————————– ———————————–
samenvatting:
We moeten allemaal het spel van het leven spelen met de kaarten die we krijgen, zo luidt het algemene aforisme. In de biologie betekent dit dat organismen door natuurlijke selectie moeten concurreren met de genen en anatomie waarmee ze zijn geboren. Maar het gezegde is een leugen. Oké, het is niet bepaald een leugen, maar modern onderzoek suggereert dat het spel van het leven veel gecompliceerder is dan we hadden verwacht. Er zijn mogelijkheden om kaarten te ruilen en zelfs de handen van andere spelers te stelen.
Datum van publicatie: 4 mei 2022
Bron: Klimaat | Top milieunieuws — ScienceDaily
————————————————– ———————————–