WikiDer > Гипотеза Черной Королевы

Black Queen Hypothesis

В Гипотеза Черной Королевы (BQH) - теория редуктивная эволюция что предполагает, что в некоторых случаях потеря гена вызвана естественный отбор вместо генетический дрейф.[1][2] А ген который обеспечивает жизненно важную биологическую функцию, может стать незаменимым для человека организм если члены сообщества вокруг него выполняют эту функцию "дырявым" способом. Следовательно, организм получает преимущество, сохраняя ограниченные ресурсы, при этом приобретая необходимые продукты, такие как метаболиты.

Источник

Гипотеза была впервые предложена Джеффри Моррисом в его докторской диссертации 2011 г. [3] и был доработан и опубликован в 2012 году в сотрудничестве с Ричард Ленски и Эрик Зинсер [4] в объяснении того, почему некоторые важные функции редки у свободноживущих микробных линий. Считается, что «Черная королева» работает в оппозиции с «Красной королевой» по другой теории. коэволюция, Гипотеза Красной Королевы, что указывает на то, что вид должен постоянно развиваться, чтобы выжить.[5] Он получил свое название от «Пиковой дамы» в карточной игре, Сердца, где цель - получить наименьшее количество очков в конце игры. Пиковая дама стоит столько же, сколько все остальные карты вместе взятые, и поэтому все игроки не хотят брать Пиковую даму. Однако без карты «Пиковая дама» игра не может продолжаться. Аналогично, BQH утверждает, что поддерживать некоторые гены и / или биологические функции очень дорого, и, таким образом, их распределение обеспечивает эволюционное преимущество для человека.[6] Однако эти функции / гены чрезвычайно важны для выживания сообщество (в целом), заставляя его удерживать определенные члены, что приводит к комменсалистический и / или мутуалистический взаимодействия.[4] По сравнению с гипотезой Красной Королевы это относительно недавняя гипотеза; таким образом, он не был тщательно протестирован, и механизмы, управляющие им, не были полностью выяснены.[7] Хотя в настоящее время BQH используется только в контексте микробных сообществ, эта гипотеза набирает обороты, поскольку продолжается проведение дополнительных исследований.

Съемка Луны

В игре «Червы» существует рискованная стратегия, называемая «стрельба в луну», которая предполагает, что игрок получает все карты, набирающие очки, включая Пиковую даму. Аналогично, в BQH съемка луны относится к стратегии, в которой помощник для одной функции с большей вероятностью станет помощником для другой, не связанной функции.[4] В результате такой организм-помощник сохранит все гены, кодирующие неплотные функции, неся и поддерживая большой геном, который может показаться неадаптивным. Однако во время событий, приведших к узкое место населенияЭта стратегия может привести к большей вероятности выживания этих «дырявых» генов (важных функций) в сообществе.[8]

Пангеномы

Fullmer et. др., 2015 предположил, что при BQH, когда организм теряет все свои «дырявые» функции, он может расти быстрее (в силу меньшего размера генома и более быстрого времени репликации). Это будет считаться обманом, так как теперь им нужно полагаться на другие организмы с дырявыми функциями. Следовательно, в узкое место населения, организмы должны будут обманывать друг друга для выполнения всех требуемых «дырявых» функций, что приведет к развитию взаимных зависимостей.[8] Они также предположили, что такие взаимозависимости могут привести к появлению метаорганизмов, геном которых является пангеном населения. Эмпирическая проверка этой гипотезы до сих пор отсутствует.

Свидетельство

BQH объясняет существование взаимосвязей в сообществе и то, как эволюция способствует установлению зависимостей внутри свободноживущих микробных сообществ.[7] Первоначально было предложено объяснить зависимость морских бактерий от вспомогательных организмов для защиты от перекиси водорода.[9] Позже его расширили, чтобы объяснить азотфиксацию, усвоение питательных веществ и образование биопленки у микробов.[4] Исследования также показали, что локальные взаимодействия внутри бактериальных сообществ могут способствовать правильному компромиссу между производством ресурсов и ограничением ресурсов, чтобы стимулировать взаимные зависимости, как это предлагает BQH.[10]

Этот тип динамизма Черной Королевы также был описан в микробных и микробиалит маты из Cuatro Ciénegas Coahuila, где особые физико-химические свойства участка привели к тому, что микробные сообщества оставались практически изолированными в течение миллионов лет. Было замечено, что бактерии рода Bacilus значительно сократили свои геномы, а также продемонстрировали взаимозависимость между бактериями этого участка, что привело к предположению о существовании Пангеном или же Голобионты.[11]

Влияние на эволюционные адаптации

С момента своего появления в 2012 году BQH использовали для объяснения потери адаптивных генов через оптимизация генома,[12] совместное взаимодействие[13] и эволюция сообществ.[14] Mas et. др., 2016, хорошо резюмированы возможные механизмы адаптивной потери генов, предложенные BQH (альтернатива обычно наблюдаемому усилению примеров), которые включают генетический дрейф по аллелям в отсутствие очищающий отбор, оптимизация генома с целевой потерей генов, специализацией на общих общих ресурсах и успехом мутантов, основанным на влиянии потери конкретной функции на приспособленность.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Брюйн, Франс Дж. Де (2016-09-06). Стресс и экологическая регуляция экспрессии генов и адаптации у бактерий, набор из 2 томов. Джон Вили и сыновья. С. 1202, 1203. ISBN 9781119004882.
  2. ^ Колб, Вера М. (24.12.2018). Справочник по астробиологии. CRC Press. ISBN 9781351661102.
  3. ^ Моррис, Джей Джей (май 2011 г.). Фенотип помощника: симбиотическое взаимодействие между прохлорококком и микроорганизмами, поглощающими перекись водорода. Университет Теннесси. п. 128–131.
  4. ^ а б c d Моррис, Дж. Джеффри; Ленски, Ричард Э .; Зинсер, Эрик Р. (23 марта 2012 г.). «Гипотеза Черной Королевы: эволюция зависимостей через адаптивную потерю гена». мБио. 3 (2). Дои:10,1128 / мБио,00036-12. ЧВК 3315703. PMID 22448042.
  5. ^ Керфут, У. Чарльз; Вейдер, Лоуренс Дж. (31 января 2004 г.). «Экспериментальная палеоэкология (экология воскрешения): в погоне за гипотезой Красной Королевы Ван Валена». Лимнология и океанография. 49 (4part2): 1300–1316. Bibcode:2004LimOc..49.1300K. Дои:10.4319 / lo.2004.49.4_part_2.1300. ISSN 0024-3590.
  6. ^ Маршалл, Майкл (27 марта 2012 г.). «Черная королева велит микробам лениться». Новый ученый. Получено 2019-06-05.
  7. ^ а б c Мас, Аликс; Джамшиди, Шахрад; Лагадюк, Иван; Эвейяр, Дэмиен; Ванденкоорнхейз, Филипп (8 марта 2016 г.). «За пределами гипотезы черной королевы». Журнал ISME. 10 (9): 2085–2091. Дои:10.1038 / ismej.2016.22. ЧВК 4989313. PMID 26953598.
  8. ^ а б Фуллмер, Мэтью С .; Soucy, Shannon M .; Гогартен, Иоганн Петер (21.07.2015). «Пангеном как общий геномный ресурс: взаимный обман, сотрудничество и гипотеза черной королевы». Границы микробиологии. 6: 728. Дои:10.3389 / fmicb.2015.00728. ISSN 1664-302X. ЧВК 4523029. PMID 26284032.
  9. ^ Моррис, Дж. Джеффри; Папулис, Спиридон Э .; Ленски, Ричард Э. (2014-08-01). «Сосуществование развивающихся бактерий, стабилизированных общей функцией черной королевы». Эволюция. 68 (10): 2960–2971. Дои:10.1111 / evo.12485. ISSN 0014-3820. PMID 24989794. S2CID 2554753.
  10. ^ Пень, Саймон Маккракен; Джонсон, Эван Кертис; Солнце, Зепенг; Клаусмайер, Кристофер А. (июнь 2018 г.). «Как пространственная структура и неопределенность соседей способствуют развитию мутуалистов и ослабляют эффекты черной королевы». Журнал теоретической биологии. 446: 33–60. Дои:10.1016 / j.jtbi.2018.02.031. ISSN 0022-5193. PMID 29499252.
  11. ^ Соуза, Валерия; Морено-Летелье, Алехандра; Трависано, Майкл; Алькарас, Луис Дэвид; Ольмедо, Габриэла; Эгиарте, Луис Энрике (10.09.2018). "Ответ автора: Затерянный мир бассейна Cuatro Ciénegas, реликтовая бактериальная ниша в оазисе пустыни". Дои:10.7554 / elife.38278.016. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  12. ^ Джованнони, Стивен Дж; Кэмерон Трэш, Дж; Темпертон, Бен (17 апреля 2014 г.). «Последствия оптимизации теории для микробной экологии». Журнал ISME. 8 (8): 1553–1565. Дои:10.1038 / ismej.2014.60. ISSN 1751-7362. ЧВК 4817614. PMID 24739623.
  13. ^ Sachs, J. L .; Холлоуэлл, А. С. (24 апреля 2012 г.). «Истоки кооперативных бактериальных сообществ». мБио. 3 (3). Дои:10.1128 / мбио.00099-12. ISSN 2150-7511. ЧВК 3340918. PMID 22532558.
  14. ^ Hanson, Niels W; Конвар, Кишори М; Хоули, Элис К.; Альтман, Томер; Карп, Питер Д; Халлам, Стивен Дж (2014). «Метаболические пути для всего сообщества». BMC Genomics. 15 (1): 619. Дои:10.1186/1471-2164-15-619. ISSN 1471-2164. ЧВК 4137073. PMID 25048541.