นักวิทยาศาสตร์ค้นพบแบคทีเรียที่ติดอยู่ในวงจรเวลาวิวัฒนาการที่ไม่มีที่สิ้นสุด

ทะเลสาบเมนโดตาในรัฐวิสคอนซินมีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลที่เปลี่ยนแปลง - ปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งในฤดูหนาวและสาหร่ายในฤดูร้อน - และการศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของวัฏจักรเหล่านี้ทำให้แบคทีเรียในทะเลสาบเข้าสู่วงจรวิวัฒนาการได้อย่างไร

นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาวิจัยได้วิเคราะห์ตัวอย่างจุลินทรีย์ในทะเลสาบ 471 ตัวอย่างที่เก็บมาเป็นเวลา 20 ปี โดยพิจารณาความแปรผันทางพันธุกรรมภายในและระหว่างสายพันธุ์ในช่วงเวลาหนึ่ง

ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียหลายพันสายพันธุ์มีวิวัฒนาการมาจากรุ่นต่อรุ่น จากนั้นจึงพัฒนากลับไปสู่สถานะที่แทบจะเหมือนกันตามฤดูกาลที่เปลี่ยนไป เนื่องจากจุลินทรีย์มีชีวิตอยู่เพียงไม่กี่วัน เรากำลังพูดถึงข้ามรุ่นนับพันรุ่นภายในหนึ่งปี

วงจรเหล่านี้เกิดขึ้นซ้ำทุกปี เช่นเดียวกับวิดีโอที่เล่นผ่านแล้วเล่นย้อนกลับกลับไปยังจุดเริ่มต้นดั้งเดิม จากการศึกษาจีโนมของแบคทีเรีย 2,855 จีโนม พบว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของจีโนมมีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล

"การศึกษาครั้งนี้เป็นตัวเปลี่ยนเกมทั้งหมดในความเข้าใจของเราว่าชุมชนจุลินทรีย์เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป"พูดว่านักวิทยาศาสตร์ทางทะเล Brett Baker จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน

"นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของสิ่งที่ข้อมูลนี้จะบอกเราเกี่ยวกับนิเวศวิทยาของจุลินทรีย์และวิวัฒนาการในธรรมชาติ"

เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่า แบคทีเรียสายพันธุ์ต่างๆ สามารถเจริญเติบโตและมีความโดดเด่นได้ เพียงแต่จะสูญเสียสายพันธุ์อื่นไปเมื่อฤดูกาลเปลี่ยนไป ประมาณร้อยละ 20 ของสายพันธุ์ที่ศึกษาแสดงให้เห็นรูปแบบการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่ยั่งยืนมากขึ้นในช่วงหลายทศวรรษ

สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในปี 2012 เมื่อทะเลสาบพบกับฤดูร้อนที่ร้อนและแห้งกว่าปกติ ทีมงานสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญของยีนที่จัดการกับแบคทีเรียไนโตรเจนกระบวนการเผาผลาญในปีนั้น ส่วนใหญ่อาจเป็นเพราะระดับสาหร่ายที่ผลิตไนโตรเจนลดลง ซึ่งเป็นผลมาจากน้ำที่ไหลลงสู่ทะเลสาบน้อยลง

ด้วยความช่วยเหลือของซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อเร่งกระบวนการอย่างมาก นักวิจัยจึงรวบรวมสิ่งที่เรียกว่าเมตาจีโนมจากตัวอย่างน้ำแต่ละตัวอย่าง ซึ่งเป็นเทคนิคที่ออกแบบมาเพื่อดูลำดับพันธุกรรมจากชิ้นส่วนดีเอ็นเออย่างใกล้ชิดเมื่อเวลาผ่านไป

"ลองนึกภาพจีโนมของแต่ละสปีชีส์คือหนังสือ และชิ้นส่วน DNA แต่ละชิ้นก็เป็นประโยค"พูดว่าRobin Rohwer นักนิเวศวิทยาจุลินทรีย์จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน "ตัวอย่างแต่ละเล่มมีหนังสือหลายร้อยเล่ม โดยทั้งหมดถูกตัดออกเป็นประโยคเหล่านี้

"ในการประกอบหนังสือแต่ละเล่มกลับคืนมา คุณจะต้องคิดก่อนว่าแต่ละประโยคมาจากหนังสือเล่มไหน และนำกลับมารวมกันตามลำดับ"

การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่านิเวศวิทยาและวิวัฒนาการดูเหมือนจะเข้ากันได้มากกว่าการดำเนินงานที่ชัดเจน และนั่นเป็นมุมมองที่สำคัญสำหรับนักวิจัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อศึกษาดาวเคราะห์ที่-

การรู้ว่าแบคทีเรียสายพันธุ์ใดมีอิทธิพลเหนือช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทราบได้ว่าทะเลสาบคาร์บอนอาจดูดซับได้มากเพียงใด และห่วงโซ่อาหารทางน้ำอาจได้รับผลกระทบอย่างไรผ่านการปรับตัวให้เข้ากับฤดูร้อน

-กำลังเปลี่ยนแปลงฤดูกาลและอุณหภูมิเฉลี่ยอย่างช้าๆ แต่ยังทำให้เกิดเหตุการณ์สภาพอากาศที่รุนแรงและฉับพลันมากขึ้นอีกด้วย”พูดว่าโรห์เวอร์

"เราไม่ทราบแน่ชัดว่าจุลินทรีย์จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างไร แต่การศึกษาของเราชี้ให้เห็นว่าพวกมันจะวิวัฒนาการเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงทั้งแบบค่อยเป็นค่อยไปและฉับพลัน"

งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในจุลชีววิทยาธรรมชาติ-