Er is lang gedacht dat variabiliteit binnen een populatie de sleutel is tot de groei en overleving van de populatie, maar nieuwe onderzoeksvragen stellen die veronderstelling in vraag.

Ariël Amir, Universitair docent Toegepaste Wiskunde aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, en Jie Lin, de George Carrier Postdoctoral Fellow in Toegepaste Wiskunde, ontdekte dat in een onveranderlijke omgeving, variabiliteit kan de populatiegroei in eencellige organismen zelfs verminderen.

"Al decenia, onderzoekers hebben naar de verkeerde indicator gekeken om de bevolkingsgroeisnelheid in eencellige organismen in vaste omgevingen te begrijpen, "zei Amir. "Onderzoekers namen als vanzelfsprekend aan dat variabiliteit in de tijd tussen de geboorte en deling van een cel de sleutel was tot het meten van de bevolkingsgroeisnelheid, maar we ontdekten dat de evolutionaire druk op de variabiliteit binnen een populatie veel genuanceerder is dan eerder werd gedacht."

Dit inzicht is belangrijk voor het karakteriseren van de fitheid van een populatie, wat handig is, bijvoorbeeld, om te begrijpen hoe bacteriën op antibiotica reageren. Het onderzoek is gepubliceerd in celsystemen .

Variabiliteit in eencellige organismen wordt gekenmerkt door verschillen in generatietijd - de tijd vanaf geboorte tot deling - en verschillen in groeisnelheid van celbiomassa. Uit baanbrekend onderzoek in de jaren vijftig bleek dat variaties in generatietijd - de tijd die nodig is van geboorte tot deling - leidt tot een grotere bevolkingsgroei wanneer de omgeving niet verandert. Echter, onderzoekers gingen ervan uit dat de generatietijd willekeurig was en onafhankelijk van de cel van moeder tot dochter.

Maar we weten nu dat dat niet het geval is. In 2014 en 2015 Amir en zijn team hebben aangetoond dat celvolume en interdivisietijd gecorreleerd zijn tussen generaties, en kwantificeerde deze correlaties. Als een moedercel langer dan gemiddeld groeit, bijvoorbeeld, dan zou een dochtercel een tijd korter dan gemiddeld moeten groeien om te compenseren.

"Hoe klein deze correlaties ook zijn, ze veranderen ingrijpend het resultaat van hoe variabiliteit de bevolkingsgroei verandert, " zei Lin.

Lin en Amir ontdekten dat variabiliteit in de eencellige biomassagroeisnelheid - niet de generatietijd - de populatiegrootte beïnvloedt. Als resultaat, lage cellulaire groeisnelheidvariabiliteit leidt tot een toename van de bevolkingsgroei.

"Evolutionair, als u uw bevolkingsgroeisnelheid wilt optimaliseren, u de variabiliteit van uw celgroeisnelheid wilt minimaliseren, "Zei Amir. "We ontdekten dat schommelingen in de generatietijd er niet toe doen. Je kunt divisies hebben die enorm variëren. Zolang uw biomassa altijd in hetzelfde tempo toeneemt, uw bevolking zal in hetzelfde tempo blijven groeien. evenzo, de details van het mechanisme dat de celgrootte regelt, doen er niet toe - zolang het bestaat - en dat is het verschil tussen onze analyse en eerder werk."

Dit is ook experimenteel te zien. De onderzoekers merkten op dat groeisnelheidsfluctuaties in E. coli kleiner zijn dan fluctuaties in generatietijd - in sommige gevallen 6 procent groeisnelheidvariabiliteit vergeleken met 20 tot 30 procent variabiliteit in generatietijd - en dat de populatiegroeisnelheid consistent was met de theoretische voorspellingen .

"Dit toont aan dat bij de bevolkingsgroei rekening moet worden gehouden met de controle van de celgrootte en deze subtiele correlaties die a priori onschuldig lijken, zijn eigenlijk heel belangrijk, ' zei Amir.