È stato a lungo pensato che la variabilità all'interno di una popolazione sia la chiave per la crescita e la sopravvivenza della popolazione, ma una nuova ricerca mette in discussione questa ipotesi.

Ariel Amir, Assistant Professor in Applied Mathematics presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, e Jie Lin, il George Carrier Postdoctoral Fellow in Matematica Applicata, scoperto che in un ambiente immutabile, la variabilità può effettivamente ridurre la crescita della popolazione negli organismi unicellulari.

"Per decenni, i ricercatori hanno cercato l'indicatore sbagliato per comprendere il tasso di crescita della popolazione negli organismi unicellulari in ambienti fissi, " ha detto Amir. "I ricercatori hanno dato per scontato che la variabilità nel tempo tra la nascita e la divisione di una cellula fosse la chiave per misurare il tasso di crescita della popolazione, ma abbiamo scoperto che le pressioni evolutive sulla variabilità all'interno di una popolazione sono molto più sfumate di quanto si pensasse in precedenza".

Questa intuizione è importante per caratterizzare l'idoneità di una popolazione, che è utile, ad esempio, per capire come i batteri rispondono agli antibiotici. La ricerca è pubblicata su Sistemi cellulari .

La variabilità negli organismi unicellulari è caratterizzata da differenze nel tempo di generazione, il tempo dalla nascita alla divisione, e differenze nel tasso di crescita della biomassa cellulare. La ricerca seminale negli anni '50 ha scoperto che le variazioni nel tempo di generazione, il tempo necessario dalla nascita alla divisione, portano a un tasso di crescita della popolazione maggiore quando l'ambiente è immutabile. Però, i ricercatori avevano ipotizzato che il tempo di generazione fosse casuale e indipendente dalla madre alla cellula figlia.

Ma ora sappiamo che non è così. Nel 2014 e 2015, Amir e il suo team hanno dimostrato che il volume cellulare e il tempo di interdivisione sono correlati tra le generazioni, e quantificato queste correlazioni. Se una cellula madre cresce per una durata maggiore della media, Per esempio, quindi una cellula figlia dovrebbe crescere per un tempo più breve della media per compensare.

"Non importa quanto piccole siano queste correlazioni, cambiano profondamente il risultato di come la variabilità modifica la crescita della popolazione, " disse Lin.

Lin e Amir hanno scoperto che la variabilità nel tasso di crescita della biomassa unicellulare, non il tempo di generazione, influisce sulla dimensione della popolazione. Di conseguenza, una bassa variabilità del tasso di crescita cellulare porta ad un aumento della crescita della popolazione.

"Evolutivamente, se vuoi ottimizzare il tasso di crescita della tua popolazione, vuoi ridurre al minimo la variabilità del tasso di crescita cellulare, " ha detto Amir. "Abbiamo scoperto che le fluttuazioni del tempo di generazione non contano. Puoi avere divisioni che variano notevolmente. Finché la tua biomassa aumenta sempre allo stesso ritmo, la tua popolazione continuerà a crescere allo stesso ritmo. Allo stesso modo, i dettagli del meccanismo che controlla le dimensioni delle cellule non contano - fintanto che esiste - che è la differenza tra la nostra analisi e il lavoro precedente".

Questo può essere visto anche sperimentalmente. I ricercatori hanno osservato che le fluttuazioni del tasso di crescita di E. coli sono inferiori alle fluttuazioni del tempo di generazione - in alcuni casi una variabilità del tasso di crescita del 6% rispetto a una variabilità del 20-30% nel tempo di generazione - e che il tasso di crescita della popolazione era coerente con le previsioni teoriche .

"Questo dimostra che il controllo delle dimensioni delle cellule deve essere preso in considerazione nella crescita della popolazione e queste sottili correlazioni che a priori potrebbero sembrare innocue sono in realtà molto importanti, " disse Amir.