Det har länge ansetts att variation inom en befolkning är nyckeln till befolkningens tillväxt och överlevnad, men nya forskningsfrågor som antagande.

Ariel Amir, Docent i tillämpad matematik vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, och Jie Lin, George Carrier postdoktor i tillämpad matematik, fann att i en oföränderlig miljö, Variabilitet kan faktiskt sänka populationstillväxten i encelliga organismer.

"I årtionden, forskare har tittat på fel indikator för att förstå befolkningstillväxthastigheten i encelliga organismer i fasta miljöer, "sade Amir." Forskare tog för givet att variationer i tiden mellan cellens födelse och delning var nyckeln till att mäta befolkningstillväxten, men vi fann att det evolutionära trycket på variabilitet inom en befolkning är mycket mer nyanserat än man tidigare trott. "

Denna insikt är viktig för att karakterisera en populations kondition, vilket är användbart, till exempel, för att förstå hur bakterier reagerar på antibiotika. Forskningen är publicerad i Cellsystem .

Variation hos encelliga organismer kännetecknas av skillnader i generationstid-tiden från födsel till delning-och skillnader i cellbiomassans tillväxttakt. Seminal forskning på 1950-talet fann att variationer i generationstid – tiden det tar från födsel till delning – leder till en högre befolkningstillväxt när miljön är oförändrad. Dock, forskare hade antagit att generationstiden var slumpmässig och oberoende från mor till dottercell.

Men vi vet nu att så inte är fallet. Under 2014 och 2015 Amir och hans team visade att cellvolym och interdivisionstid är korrelerade över generationer, och kvantifierade dessa korrelationer. Om en modercell växer under en längre tid än genomsnittet, till exempel, då skulle en dottercell behöva växa under en tid kortare än genomsnittet för att kompensera.

"Oavsett hur små dessa korrelationer är, de förändrar på djupet resultatet av hur variation förändrar befolkningstillväxten, sa Lin.

Lin och Amir fann att variationen i encells biomassans tillväxttakt-inte generationstid-påverkar befolkningens storlek. Som ett resultat, låg cellulär tillväxthastighetsvariation leder till en ökning av befolkningstillväxten.

"Evolutionärt, om du vill optimera din befolkningstillväxt, du vill minimera variationen i din celltillväxthastighet, " Sa Amir. "Vi upptäckte att fluktuationer i generationstid inte spelar någon roll. Du kan ha divisioner som varierar enormt. Så länge din biomassa alltid ökar i samma takt, din befolkning kommer att fortsätta att växa i samma takt. Liknande, detaljerna i mekanismen som styr cellstorleken spelar ingen roll - så länge den finns - vilket är skillnaden mellan vår analys och tidigare arbete. "

Detta kan också ses experimentellt. Forskarna observerade att tillväxthastighetsfluktuationer i E. coli är mindre än fluktuationer i generationstid – i vissa fall 6 procents tillväxthastighetsvariabilitet jämfört med 20 till 30 procents variation i generationstid – och att befolkningstillväxten överensstämde med de teoretiska förutsägelserna .

"Detta visar att cellstorlekskontroll måste tas med i beräkningen i befolkningstillväxten och dessa subtila korrelationer som a priori kan tyckas vara ofarliga är faktiskt riktigt viktiga, sa Amir.