1,000,000,000,000. 兆。これは、私たちと一緒に地球に生息すると推定される種の数です。
考えられるあらゆる大きさ、形、ライフスタイルを持つ生物が地球上に住んでいます。スイスのチューリッヒにある私の研究室の窓から、小さな緑が見えます。スイスは夏の終わりで、パッチはまだ青々としています。数本の木、他の多くの植物、数羽の鳥が生息しています。また、この距離では見分けられない他の多くの生物も生息しており、肉眼では見えないため、遠く離れていても区別できなかった生物がさらに多くいます.この多様性はどのようにして生まれたのですか?
その一部は、「異所的種分化」として知られるプロセスによって生じました。このプロセスでは、個体群は、2 つの亜個体群の個体間の接触を防ぐ物理的な障壁によって細分化されます。したがって、各亜集団で突然変異が発生すると、それらはそこにとどまり、時間の経過とともに蓄積すると、2 つの亜集団は最終的に非常に異なってしまい、互いに繁殖できなくなります。つまり、新しい種が生まれます。このプロセスの美しい例は、パナマ地峡が徐々に出現し、中央アメリカの太平洋水域からカリブ海を分離したときに新しい種が発生した中央アメリカのスナップエビを含みます.地峡の両側にあるスナッピングエビの種の類似性は、地峡の閉鎖に伴い、より浅い海域で見られるより類似した種となります.
さらに、多様性は、「同所的」または「生態学的」種分化と呼ばれるプロセスを通じて、物理的な障壁なしで発生する可能性があります。たとえば、北米にリンゴが導入されたとき、リンゴウジバエの個体は植物の宿主をサンザシからリンゴに変更しました。今日、リンゴのウジは、サンザシやリンゴを餌にしています。この生態学的バリアは、物理的なバリアと同様に、時間の経過とともに新しいハエの種の作成につながる可能性があります.
多様性を生み出すこれら 2 つのモードはよく知られていますが、私の研究は 3 つ目の魅力的な可能性に焦点を当てています。それは、生物が同じ空間と固有の利用可能な資源の両方を共有している場合でも、多様性が生じる可能性があるということです。
一見、これは不可能に思えるかもしれません。すべての個人が最初に同じ方法でリソースを使用する集団を想像してみましょう。リソースの使用に劣るミュータントが発生すると、時間の経過とともに排除されます。逆に、優れた突然変異体は人口を一掃します。しかし、祖先が特定の方法で環境を変更すると、祖先と変異体の 2 つの亜種が共存できることが判明しました。
細菌は、抗生物質や代謝性廃棄物を排出し、生息環境を変化させる微視的な生物です。これらの環境変化は、他の生物だけでなく、それらを生み出す生物そのものにも影響を与える可能性があり、適切な状況下では、生物多様性の増加につながる可能性があります.方法を理解するために、バクテリアの集団が資源を消費し、それが排泄された代謝廃棄物に変換され、この廃棄物を消費できる変異体がこの集団で発生すると仮定しましょう.これはそれほど珍しいことではありません。なぜなら、他の生物の浪費で生き残る多くの生物が知られているからです。 （たとえば、動物は光合成植物の廃棄物である酸素で生き残ります。）変異体が元の個体群の廃棄物で生き残ることができる場合、変異していない祖先とともに個体群に存続する可能性があります。このプロセスを通じて、新しい多様性が生まれます。
私たちはこのプロセスを正確に研究したいと考えていました。そのためには、バクテリア集団がいかに容易に廃棄物を生成し、他の生物が生き残り、そのような廃棄物生産者 - 廃棄物消費者の安定したコミュニティを形成するのに役立つかを見つける必要がありました.そのために、ゲノムスケールの代謝ネットワークとして知られているものを研究しました。これらのネットワークには、特定の生物で起こることが知られているすべての代謝生化学反応が含まれています。これらの代謝反応は、資源を細胞プロセスに必要なエネルギーに変換し、生物の成長と繁殖を可能にします。
大腸菌の代謝ネットワークを研究しました 温血生物の腸内に生息する細菌として知られています。 Eの成長をシミュレートしました。大腸菌 1 つの栄養素が異なる 180 の異なる環境で、E.大腸菌 生成できるだけでなく、E も可能になります。大腸菌 食べると成長します。 E.大腸菌 試験した各環境で約 50 の廃棄物を生成し、E.大腸菌 したがって、廃棄物の生産者と消費者のコミュニティを維持します。要するに、廃棄物の生産者と廃棄物の消費者の有機体で構成される何千ものコミュニティが出現する可能性があります.
資源を 1 つだけ提供する環境は、そこに生息する生物の活動によって変化する可能性があります。すべての生物は環境を変更します。クモが巣を作るときやビーバーがダムを作るときなど、非常に目立つ方法でそうするものもあります。土壌の化学組成や湿度を変化させる植物やミミズなど、より微妙な方法でそうするものもあります。これらの変化は、個体群で発生し、元の個体群と共存する可能性のある突然変異体の機会を生み出す可能性があります.
私たちが今日観察している生物多様性の一部は、ここで説明したようなプロセスから生じた可能性があります。そこでは、環境自体に生息する生物によって多様性を高める機会が提供されます.
これらの調査結果は、ジャーナル PLOS Computational Biology に最近掲載された、均一な環境でのバクテリアのクロスフィーディングによるニッチ構築の大きな可能性というタイトルの記事で説明されています。 この作業は、チューリッヒ大学の Magdalena San Roman と Andreas Wagner によって行われました。
