1,000,000,000,000. 1 조. 이것은 우리와 함께 행성 지구에 거주하는 것으로 추정되는 종의 수입니다.
상상할 수있는 모든 크기, 모양 및 라이프 스타일의 유기체는 지구상에서 산다. 스위스 취리히에있는 실험실의 창문을 통해 작은 녹지를 볼 수 있습니다. 스위스의 여름이 끝나고 패치는 여전히 무성합니다. 그것은 몇 개의 나무, 다른 식물, 그리고 몇 개의 새를 주최합니다. 또한이 거리에서 구별 할 수없는 다른 많은 유기체를 주최하며, 육안으로는 보이지 않기 때문에 어느 거리에서도 구별 할 수 없었습니다. 이 모든 다양성이 어떻게 발생 했습니까?
그 중 일부는“동종 종종 종말”으로 알려진 과정에 의해 발생했으며, 이는 인구가 두 소집단에서 개인 간의 접촉을 방지하는 물리적 장벽에 의해 세분화됩니다. 따라서, 돌연변이가 각 소집단에서 발생할 때, 그것들은 거기에 남아 있으며, 시간이 지남에 따라 축적 될 때, 두 소집단은 결국 서로가 더 이상 서로를 재현 할 수 없어서 새로운 종이 태어납니다. 이 과정의 아름다운 예는 파나마의 isthmus가 점차적으로 나타나서 중앙 아메리카의 태평양 물에서 카리브해를 분리했을 때 새로운 종이 생겨 났던 중앙 아메리카의 새우를 찍는 것과 관련이 있습니다. isthmus의 측면에 새우 종의 종을 스냅하는 것 사이의 유사점은 isthmus의 폐쇄와 함께 얕은 물에서 발견되는 더 유사한 종과 함께 제공됩니다.
또한, "Sympatric"또는 "Ecological"speciation이라는 과정을 통해 물리적 장벽없이 다양성이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 사과가 북아메리카에 소개되었을 때, Apple Maggot의 개인은 식물 호스트를 호손에서 사과로 바꿨습니다. 오늘날 Apple Maggot은 인구가 호손이나 사과를 먹습니다. 이 생태 학적 장벽은 시간이 지남에 따라 물리적 장벽과 마찬가지로 새로운 플라이 종을 창출 할 수 있습니다.
다양성을 창출하는이 두 가지 모드는 잘 알려져 있지만 내 연구는 세 번째 매혹적인 가능성에 중점을 둡니다. 유기체가 동일한 공간과 고유 한 자원을 모두 공유하더라도 다양성이 발생할 수 있습니다.
첫눈에, 이것은 불가능 해 보일 수 있습니다. 모든 개인이 처음에 같은 방식으로 자원을 사용하는 인구를 상상해 봅시다. 자원을 사용하는 데 열등한 돌연변이가 발생하면 시간이 지남에 따라 제거됩니다. 반대로, 우수한 돌연변이 체는 인구를 휩쓸 것이다. 그러나 조상이 특정 방식으로 환경을 수정할 때 조상과 돌연변이 체인 두 가지 변형이 공존 할 수 있음이 밝혀졌습니다.
박테리아는 항생제와 대사 폐기물을 배설하는 미세한 유기체이며, 그들이 살고있는 환경을 변경합니다. 이러한 환경 변화는 다른 유기체뿐만 아니라 그것들을 만들어내는 유기체에서도 결과를 초래할 수 있으며 올바른 상황에서 생물 다양성이 증가 할 수 있습니다. 어떻게 보려면, 박테리아 집단이 배설 된 대사 폐기물로 변형되는 자원을 소비 할 수 있고이 폐기물을 소비 할 수있는이 집단에서 돌연변이가 발생한다고 가정 해 봅시다. 우리가 다른 사람들의 낭비에서 살아남는 많은 유기체를 알고 있기 때문에 이것은 그렇게 드문 일이 아닙니다. (예를 들어, 동물은 광합성 식물의 폐기물에서 생존-산소-산소.) 돌연변이 체가 원래 집단의 폐기물에서 살아남을 수 있다면, 비정규 조상과 함께 인구에서 지속될 수있다. 이 과정을 통해 새로운 다양성이 발생할 수 있습니다.
우리는이 과정을 정확하게 연구하고 싶었고,이를 위해 박테리아 개체군이 폐기물을 생산할 수있는 폐기물을 어떻게 쉽게 생산할 수 있는지 찾아야했습니다. 그렇게하기 위해, 우리는 게놈 규모 대사 네트워크로 알려진 것을 연구했습니다. 이들 네트워크는 주어진 유기체에서 발생하는 것으로 알려진 모든 대사 생화학 적 반응을 포함한다. 이러한 대사 반응은 자원을 세포 과정에 필요한 에너지로 변형시켜 유기체가 성장하고 번식 할 수 있도록합니다.
우리는 대장균의 대사 네트워크를 연구했습니다 , 따뜻한 혈액 유기체의 장에 서식하는 잘 알려진 박테리아. 우리는 e의 성장을 시뮬레이션했습니다. coli 180 개의 영양소가 다른 180 개의 다른 환경에서 e의 대사 폐기물을 찾았습니다. coli 생산할 수있을뿐만 아니라이를 허용 할 수도 있습니다. coli 소비되면 성장합니다. 우리는 e를 발견했습니다. coli 테스트 된 각 환경에서 약 50 개의 폐기물을 생산할 수 있습니다. coli 돌연변이 체 및 폐기물 생산자와 소비자 커뮤니티를 유지합니다. 요약하면, 폐기물 생산자와 폐기물 소비자 유기체로 구성된 수천 개의 지역 사회가 잠재적으로 나타날 수 있습니다.
하나의 자원 만 제공하는 환경은 그것을 채우는 유기체의 활동에 의해 변경 될 수 있습니다. 모든 유기체는 환경을 수정합니다. 일부는 댐을 만들 때 웹이나 비버를 만들 때 거미와 같이 눈에 띄는 방식으로 그렇게합니다. 다른 사람들은 토양의 화학적 조성과 습도를 바꾸는 식물과 지렁이와 같은보다 미묘한 방식으로 그렇게합니다. 이러한 변화는 인구에서 발생하고 원래 집단과 공존 할 수있는 돌연변이 체에 대한 기회를 창출 할 수 있습니다.
오늘날 우리가 관찰하는 생물 다양성의 한 조각은 여기에 설명 된 것과 같은 과정에서 발생했을 수 있습니다.
이러한 결과는 최근 저널 PLOS 계산 생물학에 발표 된 균질 한 환경에서 박테리아 교차 수유를 통한 틈새 건설에 대한 거대한 잠재력이라는 기사에 설명되어 있습니다. 이 작품은 취리히 대학교에서 Magdalena San Roman과 Andreas Wagner가 수행했습니다.
