C'è un limite di velocità per il ritmo di evoluzione ?

I ricercatori dell'Università della Pennsylvania hanno sviluppato un modello teorico che informa la comprensione dell'evoluzione e determina la velocità di un organismo che si evolverà con un catalogo di 'limiti di velocità evolutiva.'
Il modello fornisce previsioni quantitative per la velocità di evoluzione su vari 'paesaggi fitness,' le condizioni dinamiche e varia in base alle quali batteri, virus e persino gli esseri umani ad adattarsi.

Una delle principali conclusioni di questo lavoro è che per alcuni organismi, eventualmente compresi gli esseri umani, una continua evoluzione, non si tradurrà in una sempre maggiore fitness. Inoltre, una popolazione possono accumulare mutazioni a velocità costante - un modello a lungo considerata la caratteristica di 'neutrale' e non l'evoluzione darwiniana - anche quando le mutazioni esperienza di selezione darwiniana.

Mentre si sa molto sugli aspetti qualitativi della teoria dell'evoluzione - che gli organismi mutano e queste mutazioni sono selezionati da l'ambiente e vengono gradualmente assorbite da tutta la popolazione, si sa molto poco su come, e quanto velocemente, questo viene realizzato. Informazioni sull'evoluzione tra generazioni consecutive è difficile da trovare, e la mancanza di comprensione è reale implicazioni mondo. I funzionari della sanità pubblica avrebbero un tempo di facile preparazione vaccinazioni mirata, o la lotta contro la resistenza ai farmaci, se hanno capito i limiti di velocità evolutiva su virus e batteri, come l'influenza e la tubercolosi M..

Ricercatori Penn ha presentato una teoria di come l'idoneità di una popolazione aumenterà nel corso del tempo, per un totale di 14 tipi di paesaggi sottostanti o 'i limiti di velocità' che descrivono le conseguenze di possibili mutazioni genetiche. Queste categorie determinare la velocità e il modello di evoluzione, prevedere come forma generale di una popolazione, e il numero di mutazioni accumulate benefici, si prevede un aumento nel tempo.

Ricercatori hanno confrontato la teoria ai dati da due decenni di studio di E. coli a studiare come si evolve il batterio. Organismi di quella semplicità e la dimensione riproducono più rapidamente rispetto alle specie più grandi, fornendo 40.000 generazioni di dati per lo studio.

'Abbiamo chiesto, quantitativamente, come palestra di una popolazione aumenterà nel corso del tempo, come mutazioni benefiche accumulare', ha detto Joshua B. Plotkin, ricercatore principale e professore assistente presso il Dipartimento di Biologia in Penn's School of Arts and Sciences. La sua ricerca si concentra sulla evoluzione su scala molecolare.

'Questo è stato un tentativo di fornire un quadro teorico per lo studio dei tassi di evoluzione molecolare', ha detto prima-autore Sergey Kryazhimskiy, anche del Dipartimento di Biologia. 'Abbiamo applicato questa teoria per dedurre il paesaggio sottostante palestra di batteri, utilizzando i dati a lungo termine dell'esperimento batterica.'.

In alcuni paesaggi teoricamente possibili e immaginabili, a livello di fitness si prevede di aumentare in modo esponenziale per sempre a causa di un inesauribile di mutazioni benefiche. Ma in più paesaggi realistici il tasso di sostituzioni adattiva (mutazioni che migliorare la forma fisica di un organismo) alla fine perdono a vapore, con conseguente crescita del fitness sub-lineare. In alcuni di questi paesaggi, l'idoneità alla fine i livelli fuori e l'organismo cessa di adattarsi, anche se le mutazioni possono continuare a maturare.

E. coli, per esempio, è stato in grado di aumentare il suo tasso di divisione cellulare di circa il 40 per cento nel corso di 40.000 generazioni. Inizialmente, la fitness batterica aumentato rapidamente, ma alla fine il fitness sono stabilizzate. Questi dati hanno permesso al team di ricerca per dedurre che le mutazioni primi, pur offrendo grandi benefici effetti, anche diminuire gli effetti benefici delle mutazioni successive.

Secondo lo studio, l'idoneità di una popolazione e le traiettorie di sostituzione - t ha acquisito mutazioni per ottenere una maggiore fitness - non dipendono dalla distribuzione completa di effetti idoneità delle mutazioni a disposizione, ma piuttosto sulla probabilità attesa di fissazione e l'incremento previsto fitness di mutazioni. Questa osservazione matematica semplifica notevolmente le traiettorie possibili di evoluzione in 14 categorie distinte.

I ricercatori hanno dimostrato che le traiettorie di sostituzione lineare che indicano un tasso costante di mutazioni provenienti, a lungo considerato il segno distintivo di evoluzione neutri, possono verificarsi anche quando le mutazioni sono fortemente positivi. I risultati forniscono una base per la comprensione delle dinamiche di adattamento e di dedurre le proprietà del paesaggio di un organismo di fitness a lungo termine di dati sperimentali. L'applicazione di tali metodi ai dati provenienti da esperimenti batterica ha permesso ai ricercatori di caratterizzare le relazioni evolutive tra le mutazioni benefiche nel genoma di E. coli.



Fonte: Penn: Ufficio della Comunicazione dell'Università
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