Darm-Mikroben beeinflussen die Wirtsarten-Evolution

Es gab eine Zeit, in der wir dachten, dass die Summe aller Zellen in unserem Körper, wie sie in unserer DNA abgebildet sind, unsere lebenden, atmenden Körper definiert. Dann haben wir entdeckt, dass in uns, hauptsächlich in unseren Eingeweiden, riesige Kolonien von Mikroben leben, die essentielle Partner sind, um uns am Leben zu erhalten. Die für beide Seiten vorteilhafte Partnerschaft wird als Symbiose bezeichnet.

Und jetzt zeigen Wissenschaftler in den USA weitere erstaunliche Beweise, die dem gegenwärtigen Verständnis widersprechen. Diese mikroskopisch kleinen Mitreisenden, kollektiv bekannt als das Mikrobiom und einzigartig für jede Pflanzen- und Tierart, beeinflussen ebenfalls die Evolution der Wirtsspezies.

In einer Ausgabe vom 18. Juli von Wissenschaft Die Forscher beschreiben, wie sie durch das Studium von Wespen herausgefunden haben, dass das Mikrobiom eine ähnliche Wirkung wie physische Barrieren wie Berge und Flüsse hat, indem es Arten getrennt und getrennt hält. Sie verhindern eine Verwischung der Artenunterschiede, indem sie Hybriden abtöten, die entstehen, wenn sich die Männchen einer Art mit den Weibchen einer anderen Art kreuzen.

Seth Bordenstein, ein evolutionärer Genetiker, der ein Labor an der Vanderbilt Universität in Nashville, Tennessee leitet, und Doktorand Robert Brucker, sagen, dass ihre Studie die Idee unterstützt, dass das Ziel von Darwins natürlicher Selektion nicht nur der Wirtsorganismus ist, sondern der Wirt von seinem Mikrobiom begleitet wird eine umstrittene Theorie, die als hologenomische Evolutionstheorie bekannt ist.

Das Hologenom ist das Gesamtgenom der symbiotischen Partnerschaft des Wirtsorganismus und seiner Kolonien mikroskopischer Mitreisender.

In einer Stellungnahme sagt Bordenstein, Associate Professor für Biologische Wissenschaften,:

"Unsere Forschung konzentriert sich auf die Frage, wer wir als Menschen sind? Wer sind wir als Tiere?"

Er beschreibt seine Idee als "Risiko-Vorschlag", erklärt er, es gebe bei den Wissenschaftlern eine Erwartung, dass der Ursprung der Arten in erster Linie durch genetische Veränderungen im Zellkern der Zellen des Organismus bestimmt wird:

"Unsere Studie zeigt, dass sowohl das Kerngenom als auch das Mikrobiom in einem einheitlichen Rahmen der Speziation betrachtet werden müssen."

Bordenstein sagt, dass ihre Ergebnisse die Idee der hologenomischen Evolution von der Idee zur beobachtbaren Realität verschieben, so dass:

"Die Frage ist nicht mehr, ob das Hologenom existiert, sondern wie häufig es ist."

Er und Brucker fanden ihre Beweise, indem sie drei Arten von Nasonia, eine Gattung von kleinen matchkopfgroßen Wespen, die wegen des smaragdgrünen Glanzes ihrer Körper auch als Juwelwespen bekannt sind. Nasonia sind ein nützliches Werkzeug für die biologische Kontrolle, da sie Schmeißfliegen und Flusspfoten parasitieren.

Brucker sagt Nasonia Wespen tragen ein Mikrobiom, das 96 verschiedene Gruppen von Mikroben umfasst. Zwei der von ihnen untersuchten Arten (N. giraulti und N. longicornis) sind genetisch eng verwandt, da ihre Entwicklungswege erst vor etwa 400.000 Jahren auseinandergingen.

Er erklärt:

"Diese Nähe spiegelt sich auch in ihren Mikrobiomen wider, die sich sehr ähnlich sind. Die dritte Art (N. vitripennis), auf der anderen Seite, vor etwa einer Million Jahren getrennt, so gibt es größere Unterschiede sowohl in seinem Genom und Mikrobiom ",

Als sie versuchten, die Weibchen und Männchen der drei Arten miteinander zu paaren und hybride Nachkommen zu zeugen, fanden Bordenstein und Brucker die große Mehrheit, etwa 92%, von hybriden Nachkommen der beiden nahe verwandten Arten.

Aber hybride Nachkommen von Eltern aus einer der eng verwandten Arten, gepaart mit Eltern von entfernten Verwandten, kamen nicht so gut zurecht: über 90% von ihnen starben.

Brucker sagt, wenn sie auf die Mikrobiome der Nachkommen schauten, fanden sie heraus, dass die Hybriden der lebenden Hybriden denen ihrer Eltern sehr ähnlich sahen, aber die Mikrobiome der Hybriden, die nicht überlebten, sahen "chaotisch" aus und unterschieden sich völlig von denen ihrer Eltern.

Für die nächste Stufe ihrer Studie züchteten die Forscher Hybridwespen in einer mikrobenfreien Umgebung, um zu sehen, wie sie ohne ein Mikrobiom auskommen würden.

Zu ihrer Überraschung fanden sie die keimfreien Hybride genauso gut wie die nicht hybriden Larven.

Aber wenn sie Darmmikroben von den normalen Hybriden auf die keimfreien überführten, stellten sie fest, dass die Überlebensraten in den keimfreien deutlich zurückgingen.

Jack Werren, ein evolutionärer Genetiker an der Universität von Rochester in New York, beschreibt die Arbeit von Bordenstein und Brucker als "wichtig und potentiell bahnbrechend".

Er sagte gegenüber Nature News, dass die Studie zeigt, dass das Problem der hybriden Nachkommen nicht nur in ihren Genen liegt, sondern auch darin, wie ihre Gene mit den Mikroben interagieren, die sie tragen.

Er sagt, wir müssen nun untersuchen, welche Gene welche Mikroben regulieren und wie dieser Prozess in Hybriden gestört wird.

Eine Auszeichnung aus dem Programm "Dimensions of Biodiversity" der National Science Foundation unterstützte die Studie.

Eine Studie, die 2012 veröffentlicht wurde, legt nahe, dass die DNA von Darmmikroben einen einzigartigen Fingerabdruck aufweist, der Individuen so einzigartig identifizieren kann wie ihre eigene zelluläre DNA.

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