Лимнологи и другие исследователи показывают, что быстрые геномные изменения во время взаимодействия антагонистических видов формируются взаимными эффектами экологии и эволюции. В своем исследовании ученые из Германии, Швейцарии, Китая и Соединенного Королевства демонстрируют, что молекулярная эволюция во время взаимодействия видов определяется как динамикой экоэволюционной обратной связи, так и межвидовыми различиями в том, как создается и поддерживается генетическое разнообразие.
«Взаимодействие видов и совместная эволюция являются неотъемлемой частью экологических сообществ», - объясняет профессор Лутц Бекс, профессор лимнологии Констанцского университета и главный автор исследования вместе с доктором Филин Фельнер из Швейцарского федерального института водных наук и технологий..«Недавние экспериментальные исследования молекулярной эволюции в системах вирус-хозяин показывают, что коэволюция оказывает значительное влияние на молекулярную эволюцию, адаптацию и диверсификацию хозяина, а также видообразование. - давно установленный факт», - объясняет Лутц Бекс. «Как правило, после одного раунда эволюции резистентности - то есть момента времени, когда у хозяина развивается устойчивость к паразиту посредством мутации, и паразит больше не может заражать и воспроизводиться - можно ожидать, что популяция хозяина состоит только из резистентного типа. мутации редки, мы всегда предполагали, что есть длительный период после эволюции резистентности, в течение которого вообще не так много разнообразия. Однако то, что мы обнаружили в этом исследовании, состоит в том, что все намного сложнее, чем это. сделать довольно яркое возвращение в течение очень короткого периода времени."
Исследователи считают, что это происходит из-за взаимодействия между изменениями в отборе - когда у хозяина развилась устойчивость к вирусу, вирус больше не может оказывать давление отбора - и ростом популяции. Каждая новая мутация после эволюции резистентности, даже если она не имеет эффекта, увеличивается по частоте, поскольку популяция хозяина в то же время быстро увеличивается в размерах, что, в свою очередь, порождает устойчивое разнообразие. «Это новинка, - говорит Лутц Бекс. «Мы были очень удивлены скоростью этих процессов и тем, насколько хорошо мы смогли их отслеживать».
Подход, принятый в этом исследовании, лучше всего можно описать как экспериментальную эволюцию, как поясняет Лутц Бекс: «Мы создаем определенные условия, вводя микроорганизмы в экспериментальную среду, а затем изучаем, как свойства особей в популяциях меняются с течением времени. Делая это, мы можем не только изучать один момент времени, но и отслеживать весь процесс в течение длительного периода времени и даже возвращаться назад, чтобы сравнивать разные состояния друг с другом, другими словами, мы можем противостоять прошлое состояние хозяина с состоянием вируса в будущем, что дает нам фантастическую возможность для выявления эволюционных изменений, таких как эволюция устойчивости у хозяина или встречная адаптация у вируса.«Эксперимент, проведенный для этого исследования, включал около 100 поколений хозяев в течение 100 дней, что позволило исследователям отслеживать геномные, фенотипические и популяционные изменения популяций хозяина и вируса, получая информацию с временным разрешением по обоим.
Используемая модельная система включала водоросль Chlorella variabilis (хозяин) и гигантский вирус Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1), оба из которых размножаются исключительно бесполым путем. Лутц Бекс: «Обычно человек берет образец, смотрит, насколько много или мало разнообразия, а затем интерпретирует результаты в соответствии с одним из хорошо зарекомендовавших себя паттернов коэволюции, которые традиционно располагаются на спектре между двумя крайности: так называемая «динамика гонки вооружений» и «динамика колеблющегося отбора». В целях своего исследования исследователи изучили несколько моментов времени: «Глядя на момент времени вскоре после развития устойчивости, ничего не должно происходить, пока счетчик вирусов не адаптируется. Однако то, что мы наблюдали, заключалось в том, что в популяции хозяина была большая активность, связанная с созданием гораздо более высокого разнообразия, чем ожидалось»., исследователи смогли доказать, что наращивание разнообразия было результатом экоэволюционной обратной связи, когда быстрая эволюция и экологические изменения напрямую влияют друг на друга.
Однако, как ясно демонстрирует исследование, этого нельзя сказать о вирусе, для которого исследователи наблюдали ожидаемую картину низкого разнообразия после цикла эволюции инфекционности. Они считают, что это связано с самими организмами, как объясняет Лутц Бекс: «Хозяин имеет относительно большой геном из 46 пар мегабаз (Mbp), который, вероятно, намного более гибкий, чем меньший геном вируса, который, по оценкам, состоять всего из 330 пар оснований килобазы (kbp). Это говорит о том, что различия в архитектуре генома приводят к совершенно разной динамике молекулярной эволюции между этими двумя совместно эволюционирующими видами.
Исследователи ожидают, что более широкое признание различных способов, которыми экологические и эволюционные изменения могут влиять друг на друга, будет иметь важное значение для раскрытия геномной сигнатуры эволюции во время взаимодействия видов и для понимания способа, темпа и предсказуемости эволюции. в естественных сообществах.