Nya studier av Max Planck Institute for Evolutionary Biology visar att konkurrens mellan olika evolutionära utvecklingsstadier av flercelliga livscykler kan vara viktigt för utvecklingen av en hel population. Utan direkt konkurrens är det bara tillväxttakten i en befolkning som avgör vilken livscykel som råder.

Ekologisk konkurrens kan å andra sidan leda till val av helt andra livscykler.

Utvecklingen av flercelliga organismer är en central process i livets uppkomst. I de flesta fall är en organism flercellig under endast en del av sin livscykel:den enklaste flercelliga livscykeln består av tillväxten av könscellen till en koloni och dess splittring i enstaka celler för att producera nya könsceller.

Hittills antar de flesta teoretiska modellerna att urval mellan livscykler drivs av interna egenskaper hos flercelliga grupper, vilket leder till tillväxtkonkurrens. Samtidigt beaktas dock sällan påverkan av interaktioner mellan grupper på utvecklingen av livscykler.

Vanessa Ress (University of Hamburg), Arne Traulsen (Max Planck Institute for Evolutionary Biology, Plön) och Yuriy Pichugin (Princeton University, USA) presenterar nu en ny modell som tar hänsyn till den ekologiska konkurrensen mellan de individuella livscyklerna – ett projekt som började i Vanessa Ress magisteruppsats under handledning av Dr Pichugin.

Modellen visar att resultatet av evolution kan vara samexistens mellan flera livscykler, vilket skulle vara omöjligt utan konkurrens. På samma sätt visar forskningen att modeller som försummar denna konkurrens kan fånga kortsiktig dynamik men misslyckas med att förutsäga utvecklingen på befolkningsnivå.

Flercelliga organismer som djur, växter, svampar eller röda och bruna alger bildas ofta genom att deras celler stannar ihop efter celldelning – till skillnad från encelliga arter där cellerna separeras innan nästa delning. Organismer måste dock föröka sig, annars kommer deras arter att dö ut. För en flercellig organism innebär detta att vissa celler måste migrera för att utvecklas till en ny individ.

Kombinationen av tillväxt och reproduktion av en organism bildar en klonal livscykel. Framväxten av klonala multicellulära livscykler var den centrala innovationen i de tidigare stadierna av multicellularitetsutvecklingen. Där blir egenskaper som inte alls finns hos encelliga arter avgörande för den långsiktiga framgången för även den mest primitiva cellkolonin. Dessa inkluderar antalet celler i kolonin, frekvensen med vilken celler migrerar för att bilda nya kolonier, storleken på de frigjorda könscellerna och antalet könsceller som produceras.

Eftersom reproduktion, och därmed lämpligheten hos enkla cellkolonier, beror på dessa egenskaper, utsätts de omedelbart för naturligt urval, vilket gynnar vissa livscykler framför andra.

Eftersom komplext flercelligt liv härstammar från dessa enkla cellkolonier, är förståelsen av utvecklingen av primitiva livscykler avgörande för att förstå utvecklingen av komplexa organismer.

Forskningen publicerades i eLife . + Utforska vidare

Utveckling i realtid