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来自研究机构

当特征在生命之树的分支之间跳跃时会发生什么

日期:
2022年5月3日
来源:
加州大学圣巴巴拉分校
简介:
常言道,我们都必须用手中的牌来玩人生的游戏。在生物爱博网投领导者学中,这意味着生物体必须通过自然选择与它们与生俱来的基因和解剖结构竞争。但这句话是个谎言。好吧,这并不完全是谎言,但现代研究表明,生活的游戏远比我们想象的要复杂得多。玩家有机会交换牌,甚至偷取其他玩家的手牌。
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常言道,我们都必须用手中的牌来玩人生的游戏。在生物爱博网投领导者学中,这意味着生物体必须通过自然选择与它们与生俱来的基因和解剖结构竞争。

但这句话是个谎言。

好吧,这并不完全是谎言,但现代研究表明,生活的游戏远比我们想象的要复杂得多。玩家有机会交换牌,甚至偷取其他玩家的手牌。

加州大学圣巴巴拉分校的研究人员一直在研究这种策略的影响,特别是获取代谢途径的能力。科学家们发现,采用另一种新陈代谢方式会产生重大的竞争后果,对物种的进化和生态产生影响。研究结果发表在杂志上生态

“新陈代谢”一词包含了生物体为维持生命而发生的所有化学反应。对动物来说,这包括呼吸、消化、运动等过程的基本细节。获得性代谢是生物体DNA中没有编码的代谢途径。

获得性代谢的例子在自然界中比比皆是。有些是我们熟悉的,比如牛肠道里的微生物,它们能让牛消化纤维素。还有一些更常见但不太为人所知。例如,考虑帮助植物从土壤中获取矿物质的共生真菌。还有一些真正不寻常的获得性代谢,比如海蛞蝓从食物中窃取叶绿体,以便进行光合作用。

虽然获得性代谢在文献中得到了充分的证实,但以往的研究大多考虑其与环境因素的相互作用。加州大学圣巴巴拉分校的研究小组调查了它们在生长和群落动态中的作用,重点是获得性光养,比如海蛞蝓。“我们真的很想了解这种获得性光养是否会给生物体带来竞争优势,”主要作者Veronica Hsu说,她在本科时完成了这项研究。

作者考虑了两种单细胞真核生物(细胞含有细胞核的生物)。第一种,属中的一种豆形虫它以较小的微生物为食。第二个,草履虫bursaria它和同类的饮食相同,但在过去的某个时候也获得了光合作用的能力。

研究人员在四种不同的光照条件下分析了这两种微生物。豆形虫无论环境如何,都相处得很好;然而,Pbursaria在明亮的环境下,它可以利用其独特的能力,表现得更好。

然后,科学家们让这些微生物相互对抗。他们观察到在不同的光照水平上存在竞争优势的梯度。在黑暗中,豆形虫淘汰出局Pbursaria。与此同时,在光明的条件下,Pbursaria主导。

“我认为你不可能样样精通,”合著者、生态、进化和海洋生物系助理教授霍莉·莫勒说。爱博网投领导者适应一种后天的新陈代谢可能是以牺牲Pbursaria的狩猎本领。但在高光照条件下,光合作用的促进作用远远抵消了这一缺陷。

值得注意的是,这两种微生物能够在中等光照条件下共存。Pbursaria的获得性光养使其避免了与豆形虫科学家称之为“生态位划分”。

结果表明,共生和获得性代谢能显著影响群落动态。莫勒说:“扩大你的代谢能力会对你的谋生方式产生连锁反应,也会影响到你将其他有机体排挤出去的程度。”

研究人员随后转向可靠的洛特卡-沃尔泰拉模型来描述他们所看到的。这个模型非常简单,用途广泛,为生物学家提供了一个可以捕捉竞争所有可能结果的系统。它在100多年前发展起来,已经成为生物学入门课程和同行评议研究的必备标准。爱博网投领导者

然而,这个强大的系统无法捕捉到由Pbursaria的获得光养和它创造的反馈循环。这个团队必须开发出他们自己的方程系统来明确地解释这些细微差别。“有很多不同的方法试图解释竞争结果,”徐说,“我认为这揭示了新陈代谢的重要性。”

研究后天代谢如何影响进化和生态是很重要的,因为它们是地球上生命的基本组成部分。例如,我们通常认为光合作用是植物的一个特征。“但那也是一件古老的文物,”莫勒说。“它们从驯化蓝藻的真核生物祖先那里继承了叶绿体。”

“线粒体也可以从细菌中获得,”Hsu补充道。事实上,这两种细胞器都有自己的DNA,与细胞核基因组分离。

“这就是真核生物在大约20亿年里一直在玩的游戏,”莫勒说。而我们更简单的同类,原核生物,可以说参与了更多的生物卡片交换。许多人能够在一个被称为“水平基因转移”的过程中直接共享DNA。

Moeller的小组将继续研究获得性代谢的含义。他们特别好奇从异养(从外部获取食物)到自养(自己生产食物)的转变,尤其是光合作用。她说:“我们正试图了解是什么原因导致这些形式的新陈代谢在生命之树的分支顶端跳跃。”

除了寻找现实世界的案例研究外,莫勒还计划使用数学模型来研究这些转变。未来的实验将涉及彼此关系更密切的微生物,使团队能够控制更多的变量。“实验帮助我们建立更好的模型,”她说,“而模型帮助我们更好地理解实验中发生了什么。”

更多的研究当然是受欢迎的。因为,在生物学这个错综复杂的角落里,至少有一件事已经变得非常清楚:如果生物只爱博网投领导者会玩他们手中的牌,我们这个星球上的生态就不会那么动态,那么复杂。

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故事来源:

材料所提供的加州大学圣巴巴拉分校。哈里森·塔索夫原创。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. 徐美娟,费迪南德,霍莉V.莫勒。通过获得性代谢的生态位扩张促进了浮游生物群落的竞争优势生态, 2022;DOI:10.1002 / ecy.3693

引用此页

加州大学圣巴巴拉分校。“当特征在生命之树的分支之间跳跃时会发生什么?”《科学日报》。《科学日报》,2022年5月3日。< www.koonmotors.com/releases/2022/05/220503141321.htm >。
加州大学圣巴巴拉分校。(2022年5月3日).当特征在生命之树的分支之间跳跃时会发生什么?《科学日报》。2023年6月15日检索自www.koonmotors.com/releases/2022/05/220503141321.htm
加州大学圣巴巴拉分校。“当特征在生命之树的分支之间跳跃时会发生什么?”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2022/05/220503141321.htm(2023年6月15日访问)。

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