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        研究重新思考人口中變異性的進化重要性

        人們一直認為,人口中的變異性是人口增長和生存的關鍵,但新的研究質(zhì)疑這種假設。哈佛John A. Paulson工程與應用科學學院應用數(shù)學助理教授Ariel Amir和應用數(shù)學喬治運營商博士后研究員Jie Lin發(fā)現(xiàn),在不變的環(huán)境中,變異實際上可以降低單身人口的增長- 細胞生物。

        研究重新思考人口中變異性的進化重要性

        “幾十年來,研究人員一直在尋找錯誤的指標,以了解固定環(huán)境中單細胞生物的人口增長率,”Amir說。“研究人員理所當然地認為,細胞分娩和分裂之間的時間差異是衡量人口增長率的關鍵,但我們發(fā)現(xiàn)人口內(nèi)變異的進化壓力比以前認為的要微不足道。”

        這種洞察力對于表征群體的適應性很重要,這對于了解細菌如何對抗生素產(chǎn)生反應很有用。該研究發(fā)表在Cell Systems上。

        單細胞生物的變異性的特征在于生成時間的差異- 從出生到分裂的時間 - 和細胞生物量生長速率的差異。20世紀50年代的精算研究發(fā)現(xiàn),當環(huán)境不變時,生成時間的變化 - 從出生到分裂所需的時間 - 導致更大的人口增長率。然而,研究人員認為,世代時間是隨機的,獨立于母細胞。

        但我們現(xiàn)在知道情況并非如此。在2014年和2015年,Amir和他的團隊證明了細胞體積和細分時間在幾代人之間是相關的,并量化了這些相關性。例如,如果母細胞生長的持續(xù)時間比平均長,那么子細胞必須生長一段比平均時間更短的時間來補償。

        “無論這些相關性有多小,它們都會深刻地改變變異如何改變?nèi)丝谠鲩L的結果,”林說。

        Lin和Amir發(fā)現(xiàn)單細胞生物量生長速率的變化 - 不是生成時間 - 影響種群規(guī)模。結果,低細胞生長速率變化導致種群增長的增加。

        “進化上,如果你想優(yōu)化你的人口增長率,你想要最小化你的細胞增長率變化,”阿米爾說。“我們發(fā)現(xiàn),發(fā)電時間的波動并不重要。你可能會有不同的分歧。只要你的生物量總是以相同的速度增長,你的人口將繼續(xù)以相同的速度增長。同樣,機制的細節(jié)控制細胞大小并不重要 - 只要它存在 - 這是我們的分析和以前的工作之間的差異。“

        這也可以通過實驗看出。研究人員觀察到,大腸桿菌的生長速率波動小于生成時間的波動 - 在某些情況下,生長速率變異率為6%,而生成時間的變異率為20%至30% - 人口增長率與理論預測一致。

        “這表明在人口增長中必須考慮細胞大小控制,而先驗可能看似無害的這些微妙相關實際上非常重要,”Amir說。

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