变形虫通过保持在家庭中来控制作弊

没有人喜欢作弊者,哪怕是单细胞作弊者。

New research from 白饭 University shows how cooperative single-celled amoebae rely on family ties to keep cheaters from undermining the health of their colonies. The research appeared in the Proceedings of the National Academy of Sciences in May.

“It’完整的生物学故事非常不寻常—将仔细的现场工作与实验室的艰苦工作相结合的一种— and that’s what we have here,” said research co-author Joan Strassmann, chair of 白饭’的生态与进化生物学系。

白饭’这项研究涉及常见的土壤微生物盘基网柄菌。这些变形虫在充足的时候可能是孤独的,但是当食物短缺时,它们会协同工作,形成菌落以确保它们的生存。殖民地中约有五分之一的人形成一根细长的茎。其余的爬上茎并聚集成球形的子实体,可以随风或经过的昆虫的腿将其带到更好的环境中。

这种简单的社会制度给生物学家带来了进化难题。茎杆的成员为了支持殖民地而无私地放弃了自己,那么’可以防止更多自私的D. discoideum菌株欺骗系统,避免茎秆并使其无私的邻居再生产”

Strassmann和Rice进化生物学家David Queller先前曾研究Dictyostelium菌落如何控制作弊行为。例如,一项关于D. discoideum的研究表明,一个支配合作行为的基因也与繁殖有关。在另一项研究中,遗传上倾向于避免茎上无私服务的突变体也被排除在繁殖之外。第三项研究表明,紫色小球藻优先与其自身亲属相关—确保利他主义的另一种机制是’被作弊者利用。

本研究结合了研究生欧文·吉尔伯特’前博士后研究员凯文·福斯特(Kevin Foster)和博士后研究员Natasha Mehdiabadi对基因改造的突变菌株进行了严格的研究,对天然D. Discoideum克隆进行了精心的现场和实验室工作。

“这项工作需要精通领域生物学和分子生物学的研究人员,这是一种极为罕见的组合,” Strassmann said.

吉尔伯特收集了144个D. discoideum子实体—其中一些是有史以来第一次在野外报道—从2003年到2005年在弗吉尼亚大学’位于西南弗吉尼亚阿巴拉契亚山脉的Mountain Lake Biological Station。回到实验室,吉尔伯特打破了子实体,破译了3000多个孢子的基因组成。尽管他发现子实体之间的遗传差异,但特定子实体中的孢子却高度相关。

Foster和Mehdiabadi使用了一种称为D. discoideum的突变形式“cheater A” that was missing a single gene known to play roles in both group productivity and reproduction. On their own, 作弊者A mutants produced few or no spores, but in mixed colonies they could thrive by cheating and avoiding service in the stalk. Foster and Mehdiabadi found 作弊者A spread readily within low-related colonies, and exacted a high toll by reducing the colonies’繁殖能力。在细胞高度相关的菌落中,骗子’团队的整体健康状况无法弥补个人优势,因此作弊者无法’t gain a foothold.

“这两项研究的结合证实了’由亲属选择理论长期预测—当亲缘关系低时作弊的突变体由于自然的亲缘关系就不可能也不会在野外传播,” Queller said.

吉尔伯特说,“我们的结果回答了为什么利他主义仍然存在的重大问题。它之所以持续存在是因为高度的关联性阻止了具有社会破坏性的突变体的传播。”

http://media.rice.edu



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