粘菌 和 their spores reach upward

独来独往帮助社会生存下去,说普林斯顿生态学家

3月27日2020下午1点

当饥饿的威胁,粘菌聚集成与泥泞的球冠塔是坚持通过昆虫,携带孢子外面的世界。但最新研究表明,多达三分之一粘菌amobae都是“独行侠”,从组装到这些摇摆塔之一望而却步。那些独来独往服务生态的目的,说一个团队科里纳tarnita率领普林斯顿科学家:当大多数社区的一个方向冲过来,谁挂回了少数可保护整个群体。

这是不容易的是一个孤独的人 - 人谁抗拒的人群,谁进军自己鼓手的拉动。

但在整个自然界中存在的孤独者,他们可能只是服务于一个目的,说: 科里纳tarnita,副教授 生态学和进化生物学。她列举了谁坐在自己物种的集体行动独来独往的例子:小群是跳过大牛羚迁徙,蝗虫是剥离从群并恢复到平静的蚂蚱行为,竹一小撮之前花了几天或物种,以及从形成摇曳望而却步的粘菌后剩下的塔研究由澳门金沙城中心杰出人物 约翰·邦纳.

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播放视频: 约翰·邦纳的粘菌

粘菌是最适合他们的集体行为已知的,如他在普林斯顿七十年的职业生涯中,生物学家约翰·邦纳创建这些视频看到。

“现在我们已经开始寻找它,我们意识到,一大堆的系统不完全同步 - 和它的诱人认为,有可能是一些本不完美同步,” tarnita说。 “个人认为是出不同步,主要分布在人类人口的存在,太多。我们称他们为不称职或天才,逆向或有远见,非常依赖于社会中其他人是如何看待自己的行为,但肯定是存在的。”

到tarnita,与像角马迁徙和蝗灾集体系统的问题是,他们不容易进行实验操作,以检验是否孤独者是随机的或可预见的量,可能受到自然或文化选择。但她和她的合作者发现,在测试这些问题的理想系统:细胞黏菌, 粘菌。在PLoS生物学的3月18日发行, 他们所表现出来 进化确实可以选择在粘菌独来独往的行为。独行侠都是一个生态和进化的保险计划,以多样化的基因组合,以确保社会的,集体行为的生存方式。

考虑不起眼的粘菌。如被看见在许多 视频 邦纳取得了他的七十年的职业生涯中,当他们被饥饿的威胁,微小的变形虫合并成鼻涕虫一样的动物,然后汇总成一个新兴的粘糊糊的顶部是向上增长的大,摇曳的塔 - 直到顶部 粘到不知情通过昆虫,抗饥饿孢子搭便车 外面的世界,而所有的人组成的基础和茎模具。换句话说,集体阶段是必要的生存和扩散。

科里纳tarnita

科里纳tarnita

“每当一个系统有一个集体行为,它是如此醒目,所以真棒 - 作为人类,我们往往看什么是醒目,”说 费尔南多rossine,一名研究生在tarnita的实验室,并在纸上两个共同第一作者之一。

但最吸引tarnita的眼睛被黏菌独来独往,在变形虫抵抗生化调用形成塔。她首先注意到他们的前一周,她在澳门金沙城中心于2013年开始了她的教师工作。

我是在一次会议上,和扬声器被显示粘菌这样做非常复杂的集体行为的视频,所有确定的,达到聚集的中心, tarnita说。 “所有,但一些,我注意到:在这里和那里,上盘一些零散的细胞似乎只是没有在所有反应到这个集合的过程“。

她询问这些孤独的细胞和扬声器驳回他们为“错误”。 “换句话说,我们怎么能指望甚至数百万细胞聚集而不被留下了几个机会掉队落后?”解释tarnita。

当她到普林斯顿,tarnita与连接 阿廖沙丝高,谁当时在实验室的博士后研究员 托马斯·格雷戈尔,教授 物理生物物理学。丝高现在是生物医学工程和物理在波士顿大学的助理教授。

同时,tarnita和丝高“刚开始的独行侠一点点拨开,” tarnita说。他们测试了独来独往,看他们是否在某些方面是有缺陷的,但他们无法找到任何与他们错了。如果给食物的孤独者会吃,他们可以分而让后代,并尽一切健康的粘菌一样。当他们饿死,它们的后代可以组装成生殖塔,他们的父母此前曾抵制。但他们也留下了一些独来独往后面。

作为理论生态学家,tarnita被吸引到这些 自然产生的困惑,这是她与铲球 数学模型。这个时候,她开始与一些基本的问题:如果有一些独来独往留塔出来是什么不只是一个错误?如果这实际上是这个有机体的战略的一部分?会如何运作的?

在一个 在前文,tarnita和她的合着者 - 其中包括丝高和里卡多·马丁内斯 - 加西亚,tarnita当时的博士后谁现在是在南美研究所的基础研究在生物物理学助理教授,巴西中 - 推测,它可能是有意义的一些黏菌人口的一小部分,以便采取,而细胞的其余部分聚集,可能在环境中返回任何资源的优势,留在后面。他们发现,这在理论上是可行的,但梦想是实验最终完全表征独来独往的行为。

slime molds connecting
播放视频: 粘菌

tarnita和她的同事记录了粘菌挨饿,然后汇总(到左侧),留下了大量的人口独来独往的后面。 

数年来,多个研究生解决了这个问题,但所面临的挑战似乎难以逾越。例如,对这些特征独来独往的第一步需要能够严格而精确计数。但是变形虫具有非描述,不定形的形状,这使得它很难单个细胞从一个微小的组的两个或三个单元的区分。

在来到rossine,其中tarnita描述为“非常有创意,概念上和实验。”从丝高指导,以及来自格雷戈尔,在他的实验室中进行所有的实验工作,rossine开始掌握系统。

第一,他惊讶地发现,孤独者虽多比任何人想象。当他开始试图复制其他研究人员的粘菌实验,rossine发现,那些科学家们精心优化条件,鼓励粘菌的最大数量的加盟塔,但即使是这样,一些独来独往忍住。 “即使在这些非常,非常理想化的条件,你不能排除独来独往,因为你不能 - 他们是过程的一部分,”他说。当rossine没有从野外采集粘菌实验,他吃惊地看到,高达30%的人选择了独来独往的生活过的集体行动。

随后而来的第二个惊喜:tarnita对这些孤独者竟然是只对了一半的性质初步建议。当rossine计数准确的孤独者,他证实tarnita的假设,他们是决然不是随机的错误,但遗传的性状。然而,他们不是饥饿细胞的初始群体的一个固定比例,因为她理论。相反,其数量取决于人口的密度。换句话说,独来独往不抛硬币并决定,由自己,留在后面,因为tarnita已经首先假定。

在最小的群体,他们发现,所有的细胞保持独来独往。超过一定阈值时,的确有变形虫是避免塔建设一个稳定的分数 - 但有足够的启动,人口众多,趋于稳定的孤独者的数量。

费尔南多rossine

费尔南多rossine

“这是令人振奋的,因为这意味着我们原本是正确的独行侠从枯燥远,但它也意味着,从理论上讲,我们需要回到绘图板,”说tarnita。马丁内斯 - 加西亚(谁共享第一作者的荣誉),从rossine不断投入的带动下,建模工作花了几年的发展,并开始深入了解了实验结果。

他们的实验和理论模型的组合,在设置这个作品“我们的理解前沿,”西尔维亚说蒙,一 生态进化种群动态建模 同 法国国家科学研究中心,ibens,巴黎和普朗克研究所,谁没有参与这项研究。 “这种跨学科的方法对聚集多细胞的形成和演化背后的过程揭示新的光,”她说。 “tarnita和她的同事提供的证据表明,孤细胞在社会变形虫粘菌的比例不是简单地由每个小区确定单独掷硬币。它的结果,而不是从[生物体]和环境之间的相互作用“。

集体行动提供了巨大的好处,但他们往往带有风险,无论是骗子破坏必要建立粘菌塔或牛瘟的合作 - 传染性疾病也被称为牛瘟 - 穿过茂密的牛羚移民大举蔓延。 所以谁挂回独行侠可以作为赌注对冲策略,确保给广大的损坏不消灭全部人口或其被社会的能力。换句话说,与直觉相反,在孤独者可能是关键,保持这些系统的社会方面 - 它们本身并不是社会,这使得它们不易受种威胁集体面对的,但他们的后代保留是社会的能力在适当的条件下,这样的社会性被保留。

“这是一个社会的赌注对冲”之称rossine。 “从我们的调查结果,即遵循一个迷人的结论是,至少在粘菌,决定不成为集体的,事实上,采取集体的一部分。的通话对方化学种类的所有单元格:“哦,你要走了?我想我呆在一起。”有参与成为一个孤独的人沟通。”

这项工作是成功的,只是因为表征普林斯顿校园显着的跨学科的精神,说tarnita。 “真正聪明的人的高密度谁都是催芽跨学科思考使得它很容易开始合作,甚至产生这些类型的文件,所有的作者是澳门金沙城中心,”她说。

“独行侠”的生态进化意义”费尔南多·W上。 rossine,里卡多·马丁内斯,加西亚,阿廖沙即丝高,托马斯·格雷戈尔和科里纳即tarnita,出现在三月在学报PLoS生物学的18号(DOI: 10.1371 / journal.pbio.3000642)。他们的研究得到了戈登和贝蒂·摩尔基金会,西蒙斯基金会,美国国立卫生研究院的支持,在宝来惠康基金,阿尔弗雷德页。斯隆基金会和美国国家科学基金会。