Il vincitore non prende sempre tutto
Previsto teoricamente, ora dimostrato sperimentalmente per la prima volta con i batteri del suolo: Gli organismi più deboli possono prevalere su quelli più forti, se sono numericamente superiori. Si tratta di un meccanismo che favorisce la conservazione della diversità genetica.
Il batterio Myxococcus xanthus è un microbo speciale. Vive nei terreni di quasi tutto il mondo. Un'altra caratteristica speciale:M. xanthusIl Myxococcus xanthus è un batterio del suolo capace di interagire in modo sociale, cioè gli individui si uniscono per andare a caccia di altri batteri o funghi. In caso di necessità, diversi batteri di questa specie possono formare insieme corpi fruttiferi con spore, che possono sopravvivere a lungo senza acqua e nutrienti. Questo funziona particolarmente bene per i parenti geneticamente vicini. Se gli individui sono geneticamente troppo diversi, potrebbero ostacolarsi o addirittura distruggersi a vicenda.
di M. xanthus esistono numerose varianti genetiche o ceppi - concorrenti forti e deboli. I ceppi forti tendono a competere con quelli più deboli, il che a lungo termine dovrebbe portare a una perdita di diversità dei ceppi. Tuttavia, emerge un quadro diverso: anche a una distanza di un solo centimetro, nel terreno possono crescere numerosi ceppi geneticamente diversi. M.-xanthus-Si verificano ceppi di lingua. Finora i ricercatori sono stati in grado di ipotizzare solo il motivo e il modo in cui questa diversità si mantiene. Una delle teorie è che i ceppi debolmente competitivi vengono mantenuti nella popolazione se possono occupare una nicchia propria che il ceppo dominante non può colonizzare.
Torneo di giostra con i batteri
La ricercatrice dell'ETH Olaya Rendueles è la prima a dimostrare sperimentalmente che questa teoria si applica alla vita batterica reale. La ricercatrice post-dottorato lavora all'Istituto di Biologia Integrativa dell'ETH di Zurigo nel gruppo del professore Gregory J. Velicer. Velicer possiede una delle più grandi collezioni di M. xanthus-Chi siamo ha più di 1000 ceppi diversi in coltura nel suo frigorifero.
Per scoprire quali fattori sono responsabili dell'elevata diversità del batterio del suolo, Rendueles ha analizzato la forza competitiva di alcuni Myxococcus xanthus-I ricercatori hanno confrontato diverse varianti tra loro. Hanno appena pubblicato il loro studio sulla rivista scientifica "Current Biology".
La ricercatrice ha organizzato una sorta di torneo di giostra su vassoi di cultura. Per prima cosa, ha testato quale tribù avrebbe prevalso in un duello uno contro uno. ? risultato che la tribù più forte prevaleva sempre e distruggeva la più debole. La diversità è andata così perduta.
Non è così quando il concorrente debole superava quello forte di un rapporto di 99:1. Allora il più debole ha distrutto il più forte. Gli esperti chiamano questo vantaggio di selezione dovuto alla superiorità numerica "selezione positiva dipendente dalla frequenza" (frequenza come sinonimo di abbondanza).
La nicchia salva i concorrenti più deboli
Se Rendueles disponeva i duelli su quattro caselle come una scacchiera - su una casella bianca il giocatore più debole aveva la superiorità, su una casella nera il giocatore più forte aveva la superiorità, allora il giocatore numericamente superiore prevaleva sempre sulla rispettiva casella.
Tuttavia, una volta che il ceppo meno competitivo ha prevalso nel suo campo grazie alla sua superiorità numerica, ha mantenuto con successo questo campo. Il concorrente più forte non è riuscito a conquistare questa nicchia. Una barriera sociale tra le tribù geneticamente diverse impediva lo sconfinamento. Rendueles ha scoperto che due ceppi diversi possono combattersi solo attraverso il contatto diretto tra individui, ma non a distanza, ad esempio Chi siamo, attraverso antibiotici che uccidono l'avversario. Nel complesso, la diversità della popolazione totale, che comprende tutti e quattro i campi, è stata così preservata.
Per Rendueles, questo suggerisce chiaramente che la selezione positiva dipendente dalla frequenza può mantenere o addirittura promuovere la diversità dei genotipi all'interno di una popolazione se le varianti meno competitive di una specie possono sopravvivere in nicchie non accessibili a quelle dominanti.
La frequenza come vantaggio di selezione
"Questa è la prima prova sperimentale di questo meccanismo previsto teoricamente", spiega felicemente la postdoc. Se la popolazione non fosse distribuita in modo disomogeneo, ad esempio in una soluzione acquosa come quella del mare, la storia sarebbe diversa, aggiunge. In una situazione del genere, in cui tutti i ceppi esistenti possono mescolarsi fortemente, solo il ceppo batterico più competitivo o numericamente superiore sopravvivrebbe. Questo porta inevitabilmente a una riduzione della diversità genetica.
L'evidenza sperimentale a favore dell'ipotesi della selezione positiva dipendente dalla frequenza come meccanismo di mantenimento della diversità è importante perché finora solo una teoria più vecchia e consolidata, quella della selezione negativa dipendente dalla frequenza, era considerata il principale meccanismo di mantenimento della diversità. In questa selezione, le varianti genetiche rare possono essere avvantaggiate rispetto alle varianti comuni e dominanti, in quanto hanno meno probabilità di cadere preda dei predatori. Ad esempio, diverse varianti di colore in una popolazione di farfalle sfuggono alla predazione perché si mimetizzano meglio della maggior parte della popolazione. Questo vantaggio di selezione esiste solo finché la variante genetica del colore mimetico rimane rara.
La selezione positiva dipendente dalla frequenza, invece, è stata vista in precedenza come una riduzione della diversità ("chi vince prende tutto"). "Ora dimostriamo che la selezione positiva dipendente dalla frequenza può anche mantenere la diversità consentendo alle varianti geniche più deboli di sopravvivere se sono numericamente superiori alle varianti dominanti", afferma Rendueles.
I ricercatori sono convinti che questo meccanismo non sia solo per M. xanthus ma anche per molti altri organismi.
Riferimento alla letteratura
Rendueles O, Amherd M, Velicer GJ: Positively Frequency-Dependent Interference Competition Maintains Diversity and Pervades a Natural Population of Cooperative Microbes. Current Biology 2015. in stampa. DOI: pagina esterna10.1016/j.cub.2015.04.057