PLoS：为何地球上存在如此多的物种？

生物帮,2013-02-21

摘要：了解多元化的原因和发展有助于解释为何地球上存在如此多的物种。现在，一项发表在2月19日PLoS Biology杂志上的研究成果表明，各自独立的发展超过1000代的大肠杆菌独立群体中出现了相似或相同的突变，进化可以被惊人地预测到。

了解多元化的原因和发展有助于解释为何地球上存在如此多的物种。现在，一项发表在2月19日PLoS Biology杂志上的研究成果表明，各自独立的发展超过1000代的大肠杆菌独立群体中出现了相似或相同的突变，进化可以被惊人地预测到。

本次研究由蒙大拿大学Matthew Herron助理教授和加拿大英属哥伦比亚大学Michael Doebeli教授带领，涉及3种不同的细菌种群。

在实验开始时，每个细菌种群由两个依赖不同碳源(葡萄糖和乙酸乙酯)的菌落，但1200代后，他们已经演变成两个各用一个专门的生理适应的碳源的类型。

Herron和Doebeli冻结进化中的16个不同的节点的细菌种群的基因组序列，发现了它们发展的众多惊人的相似之处。
“我们看到，所有三个种群，都或多或少存在一组相同的导致两个表型的核心基因，”Herron说。“在一些情况下，遗传变化甚至完全相同。”

最新的测序技术相关进展使得研究小组可对整个细菌基因组序列进行分析并提供证据表明进化多样性并非不可预测。
任何进化过程都包含了可预见的随机突变和不可预见的随机突变，但在不同人群中看到同样的基因变化表明，选择可以是确定性的。

“大肠杆菌基因组约有4.5亿个核苷酸，”他说。“4例同样的变化分别独立发生在不同的群体中，这很耐人寻味。”
Herron和Doebeli认为是一种特殊形式的选择——负频率依赖性在推动多样化中发挥了重要的作用。无论是葡萄糖为碳源或醋酸为碳源的细菌，更高密度的一种类型将意味着更少的资源，所以密度低细菌的生长变优势。

Herron说：“我们认为这很可能是负频率依赖性导致某种罕见的类型优势，在许多情况下，多元化是非常重要的，特别是在没有地理隔离的情况下。”

随着技术的进步，赫伦认为，对较大的生物进行类似的实验将很快成为可能。一些不存在地理隔离的多元化的例子已在一些植物和动物中发现，但它是否与细菌的进化过程相似仍有待观察。

论文链接：Parallel Evolutionary Dynamics of Adaptive Diversification in Escherichia coli