Resource Partitioning and Sympatric Differentiation Among Closely Related Bacterioplankton
Resource Partitioning and Sympatric Differentiation Among Closely Related Bacterioplankton
DOI: 10.1126/science.1157890 Science 320, 1081 (2008); Dana E. Hunt et al.
Identifying ecologically differentiated populations within complex microbial communities remains challenging, yet is critical for interpreting the evolution and ecology of microbes in the wild. Here we describe spatial and temporal resource partitioning among Vibrionaceae strains coexisting in coastal bacterioplankton. A quantitative model (AdaptML) establishes the evolutionary history of ecological differentiation, thus revealing populations specific for seasons and life-styles (combinations of free-living, particle, or zooplankton associations). These ecological population boundaries frequently occur at deep phylogenetic levels (consistent with named species); however, recent and perhaps ongoing adaptive radiation is evident in Vibrio splendidus, which comprises numerous ecologically distinct populations at different levels of phylogenetic differentiation. Thus, environmental specialization may be an important correlate or even trigger of speciation among sympatric microbes.
2 comentarios
Ya que puede existir una relación entre la diferenciación ecológica y la filogenética, resulta interesante profundizar en las relaciones en un nicho para poder entender mejor el mecanismo evolutivo de la especiación. El que una gran diversidad genotípica cohabite, si esta diversidad puede organizarse en poblaciones funcionales o si el nivel en que esta diversidad refleja la diferenciación ecológica son cuestiones no del todo claras. A través de este trabajo se estudia la diferenciación ecológica (a través de la partición) en espacio (evaluando diferentes fracciones de filtrado de aguas costeras)y tiempo (durante la primavera y el otoño), tomando como sistema la familia Vibrionaceae para apreciar si miembros de esta familia forman grupos que reflejen algún patrón de asociación de genotipos con partículas, zooplankton o como formas de vida libre.
Utilizando el gen 16S rRNA como marcador, para hacer la identificación considerando del 0 al 10% de divergencia. Como parte de los resultados, al parecer no hay asociación entre la filogenia con respecto al ambiente, pero se observan patrones diferenciales de los clusters formados que son acordes con la fracción de filtrado y con estación del año, de tal manera qye puede haber una partición de recuersos en la columna de agua que permita que ciertos vibrios ocupen algún espacio en particular o temporalmente.
Como parte del estudio, desarrollaron un modelo, y lo refinaron, oara poder identificar simultáneamente las poblaciones y sus hábitats predictivos. Para complementar, elaboraron un modelo evolutivo para identificar la población como un grupo de cepas relacionadas compartiendo un hátitat. Con esto último detectaron 6 hábitats (HA a HF) y el análisis sugiere que bacterias de una misma familia coexisten en la columna de agua, ecológicamente diferentes con apreciables preferencias por un hábitat en particular. HB y HC muestran poblaciones de vida libre y de asociación a partículas; HE y HF presentan individuos asociados a zooplankton y también a partículas; HA y HD muestran mayor especificidad temporal, HA por otoño, mostrando población de vida libre y HD por primavera, mostrando población asociada a zooplankton y a partículas. Se observó también que las fracciones asociadas a zooplankton y a partículas tienden a ser dominantes; hay una relación estrecha con el hábitat.
Un ejemplo es V. splendidus, cuya especiación parece estar en proceso y tal vez la diversificación ecológica es el resultado de invadir nuevos nichos o por partición fina de los recursos presentes. De manera que puede haber factores que actúen como switch en la asociación ecológica entre miembros de una misma familia coexistiendo, generándose cambios específicos que permitan la adaptación.
En este trabajo se estudia cómo el bacterioplancton compuesto por poblaciones de Vibrio splendidus (entre otros Vibrionaceae) muestra una diferenciación asociada a la repartición (espacial y temporal) de recursos y hábitats diferentes, lo que se puede interpretar como evidencias de una posible especiación simpátrica. El estudio se centró en la existencia de poblaciones específicas para nichos ecológicos particulares, especialización ambiental que se correlaciona con las estaciones del año o modos de vida (libre o habitando sobre partículas de diverso tamaño). El primer paso fue identificar grupos ecológicos consistentes al examinar los patrones de distribución de los genotipos (1000 aislados) a partir de filogenias de máxima verosimilitud usando el gen hsp60 y fragmentos concatenados de los genes mdh, adk y pgi. Los hábitats o particiones corresponden a distintas fracciones de las partículas suspendidas en la columna de agua que van de tamaños mayores a 63 micras hasta 1 micra, primavera y otoño. Posteriormente se pone a prueba la hipótesis nula de que no hay asociación entre filogenia y ecología, lo cual se rechaza convincentemente (p<10e-79 para estaciones, y p<10e-49 para las fracciones), lo que significa que sí existe un agrupamiento diferente entre los ambientes y sugiere una repartición de los recursos entre las poblaciones. Usando modelos evolutivos identifican las cepas que comparten la proyección de hábitats, definidos a partir de la filogenia, las estaciones y las fracciones, y que permiten generar seis hábitats no redundantes en función de los datos observados y de las asociaciones evolutivas. Se identifican por ejemplo, hábitats conformados por cepas de vida libre y sobre partículas pero no asociadas al zooplancton, hábitats con poblaciones que prefieren asociarse al zooplancton y a partículas de gran tamaño, y otros que son más específicos para la estación del año. Lo interesante es que se reconocen grupos y cepas asociadas a poblaciones exclusivas de vida libre (V. ordalii) o que se dan sólo en otoño (V. alginolyticus) sin preferencia por el zooplancton o el hábito de vida libre, y pocos específicamente adaptados a las partículas per se. Sin embargo, se puede decir que los Vibrios son generalistas con respecto al recurso del espacio muestreado y pueden estar incluso adaptados a otros ambientes no estudiados en este trabajo como son el intestino de animales o en sedimentos. Aún así los resultados tienen implicación en la dinámica evolutiva de las bacterias, pues por ejemplo el tamaño efectivo de bacterias que se adhieren se considera mucho menor al de los organismos de vida libre. Es interesante también el hecho de que identifican dos conjuntos anidados con posible radiación simpátrica dentro de V. splendidus con distinta preferencia ecológica cuyas cepas se obtuvieron a partir de muestreos independientes. Estos datos en particular apoyan la diferenciación ecológica entre genotipos que divergen en tiempo reciente, y que eventualmente también pueden tener una importancia en el modelo de la especiación simpátrica como posteriormente se aborda en el artículo de Shapiro y colaboradores con poblaciones de V. cyclitrophicus.
Los comentarios están cerrados.