Diferencias en adecuación inicial: el factor decisivo en la guerra por la dominancia en comunidades bacterianas
La ecología teórica incorpora procesos que creemos que tienen un papel importante en la estructuración de las comunidades: selección, deriva, dispersión y especiación. En la actualidad existe el debate sobre qué tan importante es el efecto de la selección sobre la biodiversidad, de manera que los modelos que no la incorporan son llamados modelos neutrales. Para evaluar el aporte de cada uno de estos procesos a lo largo del tiempo, Nate Cira y compañía crearon una “comunidad” sintética de 456 cepas de Escherichia coli, cada una representada por una secuencia de DNA heredable única. La comunidad inicial, que contenía todas las especies, fue sometida una vez al día a un cuello de botella de distintos tamaños (número de células filtradas) y posteriormente se le inocularon 55 células de la comunidad inicial. Cuando la comunidad alcanzaba la saturación de crecimiento, se tomaba una muestra y se identificaron los miembros presentes por secuenciación masiva de DNA y se sometía a otro cuello de botella. Este procedimiento se repitió 25 veces.
Los autores encontraron que el número de especies presente en cada condición disminuyó con respecto a la condición inicial siguiendo patrones distintos según el tamaño del cuello de botella. A continuación se generó un modelo matemático neutral para predecir la composición de la comunidad a lo largo del experimento y lo compararon con sus datos experimentales. Se encontró que el modelo predijo correctamente las dinámicas a cuellos de botella pequeños mientras que la pérdida de diversidad observada fue más rápida a tamaños de cuello de botella medianos y grandes. Al analizar la aparición de especies dominantes a lo largo de sus experimentos, los autores se dieron cuenta de que la diversidad de la comunidad cambiaba como si existieran diferencias de adecuación iniciales entre las especies. Como consecuencia, el modelo fue modificado para tomar en cuenta diferencias en adecuación, asignando valores relativos de adecuación por ronda del experimento. Las predicciones de este modelo se acercaron más a los patrones experimentales en un espectro de parámetros más amplio. El hecho de que la pérdida de biodiversidad haya sido más veloz a tamaños de cuello de botella medianos es fue una sorpresa tomando en cuenta la teoría ecológica moderna. Para explicar este fenómeno, los autores proponen el concepto de adecuación efectiva, que predice que al aumentar el tamaño del cuello de botella, la probabilidad de ser sustituido por un inmigrante disminuye, mientras que el efecto positivo de la adecuación, también disminuye. Este trabajo provee un marco teórico para interpretar los patrones de diversidad observados en comunidades microbianas que encontramos en la naturaleza.
Cira, Nate J., Michael T. Pearce, and Stephen R. Quake. «Neutral and selective dynamics in a synthetic microbial community.» Proceedings of the National Academy of Sciences (2018): 201808118.
