Treiben freundliche Bakterien Evolution von Wirtsarten?

Eine neue Studie von Fruchtfliegen ergab, dass die freundlichen Bakterien, die in und auf ihrem Körper leben, die Paarungspräferenz beeinflussen können, die über Generationen aufrechterhalten wird, was darauf hindeutet, dass solche "kommensalen" Bakterien die Evolution ihrer Wirtsspezies vorantreiben können; Der Befund verleiht auch der Idee, dass das Wirtstier (oder die Pflanze) und alle seine assoziierten Mikroorganismen die Auswahleinheit in der Evolution sind, Gewicht.
Die neue Studie ist die Arbeit von Gil Sharon, von der Abteilung für Molekularbiologie an der Universität Tel-Aviv in Israel, und Kollegen, und wurde online vor dem Druck am 1. November in den Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften, PNAS veröffentlicht .
Kommensale Bakterien leben in gegenseitig vorteilhaften Symbiose mit ihren Wirten: der menschliche Körper enthält zum Beispiel mehr dieser nützlichen Bakterienzellen als menschliche Zellen, hilft uns, Nahrung zu verdauen und Nährstoffe wie Vitamin B und K zu erwerben, und hilft unserem Immunsystem gegen Bakterien, die verursachen Krankheiten.
Die Mainstream-Theorie in der modernen Evolutionsbiologie besagt, dass die Selektionseinheit in der Evolution das Individuum oder Gen ist. Es gibt jedoch eine konkurrierende Theorie, die von Wilson und Sober in den 1980er Jahren vertreten wurde: "Superorganismen", die große Gruppen oder Gemeinschaften kooperierender Arten umfassen, sind auch funktionell organisiert, um als Einheit zu überleben und sich anzupassen, und nicht alle Anpassungen finden statt die Ebene des Gens oder des Individuums.
Eine andere Theorie, die zum Superorganismus-Rahmen passt, ist die "Holologen-Evolutionstheorie", die vor einigen Jahren von dem Ehepaar Eugene Rosenberg und Ilana Zilber-Rosenberg, die auch Co-Autoren dieser jüngsten Fruchtfliegenstudie sind, vorgestellt wurde .
Die Hologenom-Theorie besagt, dass der "Holobiont", das Tier oder die Pflanze mit all seinen Mikroorganismen an Bord die Selektionseinheit in der Evolution ist und dass alle verschiedenen Mikrobiota Teil dieses sich entwickelnden Superorganismus sind. Das Hologenom ist daher die Summe der Genome aller Arten im Holobionten, die die gesamte genetische Information des Wirts und seiner Mikrobiota enthält.
Für den Kontext der Fruchtfliegenstudie begannen Sharon und Kollegen mit der weit verbreiteten Idee, dass Veränderungen in der Paarungspräferenz einen frühen Schritt in der Evolution neuer Arten darstellen.
Sie teilten eine Population von Drosophila melanogaster auf und züchteten die eine Hälfte auf einem Melasse-Medium und die andere Hälfte auf einem Stärkemedium, was eine signifikante Veränderung ihrer Umgebung bewirkte.
Als sie dann die Populationen zusammenmischten, fanden sie, dass Fliegen, die auf Molasse gezüchtet wurden, bevorzugt waren, sich mit anderen zu paaren, die auch auf Melasse gehalten wurden, und dasselbe mit den Stärke-gezüchteten Fliegen.
Sie fanden heraus, dass diese Paarungsvorlieben bereits nach einer Generation auftraten und für mindestens 37 Generationen gehalten wurden.
Als sie die Fliegen mit Antibiotika behandelten, verschwand diese Vorliebe, was nahelegte, dass es etwas mit den kommensalen Bakterien zu tun hatte, die auf und in den Fliegen lebten. Sie bestätigten dies, indem sie die antibiotikabehandelten Fliegen mit bakterienreichen Proben, die ihnen vor der Behandlung entnommen worden waren, reinfizierten.
Durch die Analyse der genetischen Information der Bakterien wurde ein Kandidat gefunden, der am wahrscheinlichsten für die Veränderung der Paarungspräferenz verantwortlich war: Lactobacillus plantarum, der 26 Prozent der kommensalen Bakterien in den Stärkefliegen ausmachte und nur 3 Prozent der Bakterien Bakterien in den Melassefliegen.
Ihr Verdacht wurde bestätigt, als sie die Fliegen erneut mit Antibiotika behandelten und dann mit einer gemischten Kultur von Lactobacillus- Spezies und einer Reinkultur von Lactobacillus plantarum, die aus den mit Stärke gefütterten Fliegen isoliert wurde, erneut infizierten.
Nach einigen weiteren Analysen, an denen sie noch arbeiten müssen, haben Sharon und Kollegen vorläufig vorgeschlagen, dass die Bakterien die Konzentrationen und die chemische Zusammensetzung der Sexualpheromone, die von den Fliegen emittiert werden, verändern, um Partner anzulocken.
Der Kern des Experiments, das das Konzept des Superorganismus und die Holo- genomentheorie stützt, ist die Tatsache, dass der Paarungseffekt über 37 Generationen anhielt.
Dieser "sehr schnelle und lang anhaltende Effekt" könnte ausreichen, um die Artbildung zu beeinflussen, sagte Mike Ritchie, ein Evolutionsbiologe an der Universität von St. Andrews in Großbritannien, Nature News.
Weitere Forschung ist jetzt notwendig, um eine Fülle anderer Fragen zu beantworten, zum Beispiel um herauszufinden, wie die Bakterien an neue Generationen weitergegeben werden und ob der gleiche Prozess in freier Wildbahn stattfindet.
"Kommensale Bakterien spielen eine Rolle bei der Paarung von Drosophila melanogaster."
Gil Sharon, Daniel Segal, John M. Ringo, Abraham Hefetz, Ilana Zilber-Rosenberg und Eugene Rosenberg.
PNAS, Online veröffentlicht vor Druck 1 November 2010.
DOI: 10.1073 / pnas.1009906107
Zusätzliche Quellen: Nature News, ROAR, Zilber-Rosenberg & Rosenberg ( FEMS Microbiol Rev, 2008), Wilson & Sober ( J. Theor Biol., 1989).
Geschrieben von: Catharine Paddock, PhD

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