개요
이빨과 발톱이 붉게 물든 자연은 앞서 나가기 위해 이웃을 잡아먹는 유기체로 가득합니다. 그러나 이론적 생태학자가 연구한 시스템에서 홀리 묄러UC Santa Barbara의 생태, 진화 및 해양생물학 조교수인 은 놀라운 방식으로 소비가 소비자의 일부가 됩니다.
Moeller는 주로 동물, 식물 및 균류의 친숙한 거시적 범주에 맞지 않는 아메바 및 짚신벌레와 같은 광범위한 단세포 미생물인 원생생물을 연구합니다. 그녀를 가장 매료시킨 것은 일부 원생생물이 그들이 잡아먹는 세포의 일부를 선택하는 능력입니다. 여전히 작동하는 먹이 조각으로 무장한 원생생물은 새로운 서식지로 확장하여 이전에는 불가능했던 곳에서 생존할 수 있습니다.
Moeller는 이를 관찰하면서 오늘날 생태계의 기본 구조와 이를 만든 진화적 힘에 대한 독특한 시각을 갖게 되었습니다. 원생생물이 세포 기관을 훔치는 것은 이상하게 보일 수 있지만, 우리 자신의 세포에 있는 미토콘드리아는 우리가 고대 조상들에 의해 관련된 종류의 대사 획득의 산물로 표시됩니다.
"가장 넓은 의미에서 이것은 유기체가 언제 어떻게 전문화되는지, 그리고 그들이 새로운 것에 접근함으로써 그 전문화를 어떻게 깨뜨릴 수 있는지에 대한 질문입니다."라고 그녀는 말했습니다. "나에게 이 연구는 유기체가 어떻게 생태적 틈새를 확장하는지, 그러한 획득이 어떻게 영구적일 수 있는지, 그리고 신진대사가 생명 나무의 가지 끝을 가로지르는 방식에 대해 무엇을 의미하는지에 대한 질문을 다룹니다."
콴타 전화로 Moeller와 그녀의 경력, 후천 대사 및 이론적 생태학에 대한 연구에 대해 이야기했습니다. 인터뷰는 명확성을 위해 압축 및 편집되었습니다.
당신은 "후천적 신진대사"에 대한 연구로 생태학 및 진화계에서 유명해졌습니다. 생각해낸 용어인가요?
고의가 아닙니다. 그것은 당신 자신의 게놈에 암호화되지 않은 신진 대사의 일부로 의미하는 것입니다. 당신은 다른 종과 연합함으로써 어떤 식으로든 그것들에 접근할 수 있습니다.
그것은 공생의 일부 형태를 포함하지만 그 이상입니다. 그것은 또한 엽록체, 광합성을 위한 진핵 소기관, 섭취된 먹이로부터의 획득, 심지어 단일 유전자 또는 전체 대사 유전자 패키지가 한 유기체에서 다른 유기체에 의해 뽑히는 수평적 유전자 전달과 같은 것을 포함합니다.
저는 지역 사회 생태학자로 교육을 받았기 때문에 유기체가 생태계에서 수행하는 역할과 그러한 틈새가 수명 동안 어떻게 확장 및 축소되는지에 관심이 많습니다. 획득한 신진대사에 대한 연구는 유기체가 자신의 적소를 확장할 수 있는 방법에 관한 것이기 때문에 자연적으로 적합하다고 느꼈습니다.
장내 세균과 함께 인간이 가지고 있는 것은 신진 대사를 획득한 것입니까?
좋은 예라고 생각합니다. 다양한 식품 공급원을 먹고 대사하는 우리의 능력 중 많은 부분이 이러한 박테리아에 기인합니다. 비타민 K와 같이 우리에게 필요한 중요한 비타민과 보조 인자 중 일부는 장 내부에 사는 미생물에 의해 제조됩니다. 우리는 이러한 파트너십에 매우 의존하고 있습니다.
이 연구 분야에 참여하게 된 계기는 무엇입니까?
아시다시피 박테리아는 종종 "텀블링 앤 런닝"이라는 과정을 통해 이동합니다. 그들은 자원을 향해 화학적 단서를 따르지만 신호가 약해지면 멈추고 회전하며 임의의 방향으로 나갑니다. 저를 포함한 많은 과학자들에게도 이것이 사실이라고 생각합니다. 우리는 종종 코를 쫓고 우리가 흥분하는 것을 쫓고 있습니다. 그리고 때로는 예상치 못한 곳으로 우리를 인도하기도 합니다.
개요
나는 운이 좋았다. 부모님은 둘 다 과학자 교육을 받았고 제가 자라는 동안 둘 다 일하지는 않았지만 저는 연구가 직업 선택 사항이라는 것을 알고 있었습니다. 나는 또한 Rutgers University에서 학부 교육을 받았을 때 매우 운이 좋았습니다. 관심을 가지고 저를 해양 미생물에 대해 연구하는 교수진과 연결해 주는 교수들이 있었습니다. 내가 처음으로 일했던 과학자, 폴 팔코프스키, 다양한 관심사를 가지고 있습니다. 그러나 당시 그가 연구하고 있던 것 중 하나는 어떻게 엽록체가 생명나무 주변에 퍼지게 되었는지였습니다.
여기에서 후천적 대사에 대한 나의 관심이 시작되었습니다. 교과서에서 식물의 특징으로 배운 것이 실제로는 수십억 년 전에 박테리아를 섭취함으로써 얻게 된 것이라는 생각이 완전히 매력적이었습니다. 그리고 이것은 여러 번 일어났습니다. 저는 Paul과 함께 일하기 시작했고 매트 존슨당시 박사후 연구원이었던 은 오늘날 엽록체를 훔치는 유기체와 그들이 이 진화 과정에 대해 우리에게 말해 줄 수 있는 것에 대해 연구했습니다.
저는 유기체가 엽록체 없이 삶을 시작한 다음 하나만 선택할 수 있다는 생각을 좋아합니다.
권리? 점심으로 샐러드를 먹었는데 갑자기 팔이 초록색으로 변했다고 상상해보세요! 저는 지금 남부 캘리포니아에 살고 있습니다. 수업 사이에 산책을 하고 필요한 모든 에너지를 얻을 수 있었습니다. 나는 점심 먹는 것을 좋아하기는 하지만, 그것을 정말 좋아할지 확신이 서지 않는다.
많은 경우에, 엽록체를 얻는 이러한 유기체는 광합성을 수행하는 데 상당히 얽매이게 됩니다. 우리가 연구하는 종 중 일부는 광합성을 할 수 없으면 죽을 것입니다. 따라서 엽록체를 훔칠 먹이를 찾지 못하면 생존할 수 없습니다. 그들이 이 모퉁이로 물러났다는 것은 나에게 진화론적 호기심입니다.
이 종들은 결국 분해되기 때문에 엽록체를 계속 훔쳐야 합니까?
일반적으로 그렇습니다. 그러나 이러한 엽록체를 훔치는 혈통은 엽록체를 얼마나 잘 유지하는지에 따라 다릅니다. 우리가 작업하는 이 해양 섬모 그룹은 메소디늄, 일부 혈통은 엽록체를 전혀 훔치지 않습니다. 어떤 이들은 그것들을 훔쳐 정말 빨리 땅에 떨어뜨립니다. 그리고 다른 사람들은 그것들을 훔치지만 먹이에서 기능성 핵을 훔치기도 합니다. 즉, 더 많은 엽록체를 만들 수 있습니다.
내가 좋아하는 은유는 엽록체를 훔치지 않는 것은 차를 한 번도 훔치지 않은 착한 아이와 같다는 것입니다. 다른 사람들은 즐거움을 위해 차를 훔치고 나무에 부딪힌 다음 버립니다. 그런데 차는 물론이고 사용 설명서까지 훔쳐가고, 훔친 물건을 잘 관리하기 위해 정비소를 짓는 사람들이 있습니다.
이 전체 스펙트럼이 있고 밀접하게 관련되어 있기 때문에 다음과 같은 질문을 할 수 있습니다. 전환을 촉진한 유기체 간의 진화적 차이점은 무엇입니까?
부모 세포에서 엽록체를 물려받은 적이 있습니까? 세포가 분열하여 번식하면 엽록체도 유전되지 않나요?
그들 중 일부는 그렇습니다. 일부 혈통에서는 세포가 분열할 때 그들 사이에 엽록체 할당량을 나눕니다. 엽록체를 재생하고 보충하려면 먹어서 훔쳐야 합니다.
그러나 훔친 사용 설명서인 핵을 훔친 세포는 세포의 나머지 부분과 함께 엽록체를 분열시킬 수 있습니다. 핵은 여전히 먹어야 할 것 같습니다. 그들이 먹이 세포를 잡을 때, 그들은 그것의 엽록체에 매달립니다. 왜냐하면 왜 안 됩니까? 하지만 정말 중요한 것은 그들이 새로운 핵을 집어드는 것 같습니다.
개요
섬모가 다른 사람의 세포 기계에서 에너지를 얻는 것이 어떻게 가능합니까?
정말 흥미로운 질문입니다. 때 일부 메소디늄 섬모는 먹이를 먹고 대부분의 먹이 세포를 벗겨냅니다. 전자현미경은 엽록체가 꽤 온전한 것으로 나타났지만, 여전히 먹이의 잔해 세포막 안에도 있습니다. 그리고 나서 섬모는 그 주변에 자체 막을 가지고 있습니다. 섬모가 먹이 세포를 삼킬 때 액포[막 소포]에 집어넣기 때문입니다.
우리는 이 다중막 시스템에서 분자가 어떻게 움직이는지 정말 모릅니다. 그것은 우리가 지금 단백질이 어디로 가는지 따라가면서 파고들려고 하는 것입니다.
이 작업은 어떤 진화적 질문에 대답하는 데 도움이 됩니까?
우리는 학교에서 광합성을 가르칠 때 주로 육지 식물에 초점을 맞춥니다. 그들의 조상은 2억 년 전에 독립 생활을 하는 시아노박테리아를 내배엽체로 길들였을 때 엽록체를 선택했습니다.
그러나 바다와 담수 시스템의 식물성 플랑크톤을 보면 그림이 훨씬 더 복잡해집니다. 우리는 종종 XNUMX차 엽록체라고 불리는 것을 가진 유기체를 봅니다. 즉, 진화의 역사에서 언젠가 다른 것에서 엽록체를 얻었음을 의미합니다. 때로는 유기체가 제XNUMX의 세포에서 가져온 엽록체를 얻는 제XNUMX차 엽록체의 증거를 볼 수도 있습니다. 이러한 XNUMX차 및 XNUMX차 세포내 공생 사건은 적어도 대여섯 번 발생했다고 생각합니다. 그리고 그것은 진핵 식물 플랑크톤의 엄청난 다양성을 야기했습니다.
종속영양 생물에서 고도로 광합성을 하는 생물로 바뀌는 것은 어떤 모습일까요? 생리학에 어떤 변화를 주어야 합니까? 어디에서 살아남을 수 있습니까? 어떤 자연 선택 경사도가 있어야 합니까? 연구 메소디늄 전환이 어떻게 생겼는지에 대한 통찰력을 제공합니다.
후천적 대사는 유기체가 앞서가는 데 도움이 됩니까?
올해 초에 발표한 논문에서 우리는 내부 공생 조류를 수용하여 광합성을 하는 유기체를 살펴보았습니다. 그것은 후천적 신진대사이자 공생입니다. 이 민물 섬모를 열 수 있습니다. 파라메시움 부르사리아 조류를 분리하면 조류는 행복하게 살며 스스로 자랄 것입니다.
이 paramecia는 페트리 접시에서 빙글빙글 도는 작고 보송보송한 녹색 얼룩과 같습니다. 우리는 이러한 유기체의 경쟁 능력이 빛의 가용성에 어떻게 의존하는지 살펴보기 시작했습니다. 햇빛에서 에너지를 얻는다면 햇빛이 많을수록 성장을 위해 더 많은 에너지를 받아야 합니다. 우리는 그것이 다른 종과 경쟁할 수 있는 그들의 능력까지 확장될 것이라고 생각했습니다.
제게는 엄청나게 재능있는 학부생이 있었는데, 베로니카 수, 그 아이디어를 테스트 한 사람. 우리는 다양한 조명 수준에서 자라는 배양균과 조명 뱅크가 있는 인큐베이터를 가지고 있었습니다. 베로니카는 이틀마다 배양 샘플을 채취하여 페트리 접시에 작은 방울을 넣었습니다. 그런 다음 그녀는 각 물방울에 있는 다양한 유형의 섬모의 수를 세었습니다.
개요
그러나 정확한 수를 세지 않아도 단 몇 주 만에 흰색 반투명 비광합성 섬모가 모두 사라지고 밝은 녹색 짚신벌레가 모두 증가하는 것을 볼 수 있었습니다. 경쟁이 눈앞에서 펼쳐지는 것을 볼 수 있습니다.
Veronica는 빛이 증가함에 따라 조류를 수용하여 광합성을 획득한 유기체의 경쟁 능력도 증가했음을 보여주었습니다. 그런 다음 세포 수를 세어 이 현상의 배후에 있는 데이터를 파악할 수 있었습니다.
그래서 이러한 세포 수를 얻고 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 수학적 모델을 구축하는 것이 이것의 중요한 부분입니까?
예, 우리가 이 실험을 실행할 때 많은 계산이 있습니다. 내 동료 캐롤라인 터커 우리가 함께 대학원에 다닐 때 "생태학은 계산의 과학일 뿐이야."라고 말했습니다. 당시 나는 그녀의 말에 다소 분개했지만 그녀의 말이 틀리지 않았다.
연구 유기체와 함께 앉아 연구실이나 현장에서 조금 사랑에 빠지는 것보다 항상 대안이 없다고 생각하는 부분이 있습니다. 어두운 방에 앉아 현미경을 들여다보면 이 다양한 종들의 성격을 감지하는 것 같은 느낌이 듭니다. 이 paramecia 중 일부는 일종의 은백색과 눈물 방울 모양이며 광합성 조류가 없기 때문에 매우 반투명합니다. 박테리아 자원이 많은 새 플라스크에 있을 때 그들은 천천히 돌아다니지만 실험이 진행됨에 따라 눈앞에서 배가 고파지는 것을 볼 수 있고 정말 빠르게 헤엄치기 시작합니다. 그리고 추가 발견으로 이어지는 관찰을 할 수 있습니다.
실험실 실험과 수학적 모델을 결합할 수 있다는 것은 제가 생각하는 일에 대해 정말 정직하고 분명하게 말하도록 강요합니다. 신진대사의 "획득"이란 무엇을 의미합니까? 광합성을 호스팅하여 세포가 얻는 자원은 무엇입니까? 그것이 경쟁 능력에 정확히 어떤 영향을 미칩니 까?
이제 후천적 신진대사가 어떻게 경쟁 능력을 변화시킬 수 있는지 설명하는 모델이 있습니다. 그리고 그것은 후천적인 광합성뿐만 아니라 신진대사의 다른 획득에도 영향을 미칩니다. 모델에 연결하는 정확한 세부 정보는 시스템에 따라 변경될 수 있습니다. 하지만 사용할 프레임워크가 있습니다.
후천적 신진대사에서 얻을 수 있는 경쟁 우위에 대해 이야기했습니다. 그러나 다른 사람의 신진대사를 대신하는 데 단점이 있습니까?
분명히. 세포 내 공생을 통해 획득한 또 다른 대사 소기관인 미토콘드리아가 우리가 노화되는 이유라는 이론이 있습니다.
그들 때문에 우리는 산소를 사용하여 에너지를 위해 탄수화물과 다른 분자를 태우는 호기성 대사에 참여하고 있습니다. 그러나 미토콘드리아와 엽록체가 생성하는 반응성 물질은 우리 몸의 DNA를 산화시키고 분해할 수도 있습니다. 이것은 유전 물질 옆에 두기에 위험한 것입니다.
우리가 때때로 엽록체를 훔치는 이 유기체에서 볼 수 있는 한 가지는 그들이 엽록체를 취하는 것을 처리하는 데 도움이 되는 보호용 항산화 기계를 많이 가지고 있다는 것입니다. 엽록체가 있으면 밝은 환경에 있는 것이 매우 위험할 수 있습니다. 기본적으로 화상을 입을 수 있습니다. 한 가지 멋진 점은 수잔 스트롬웨스턴 워싱턴 대학의 워싱턴 주 과학자인 에 따르면 유기체가 엽록체가 있는 세포를 먹을 때 더 많은 빛을 사용할 수 있을 때 더 빨리 소화하는 경향이 있습니다. 빛이 엽록체를 분해하는 데 도움이 되기 때문일 수 있습니다. 하지만 이 유기체가 “나는 여기서 불장난을 하고 있어. 나는 그것을 제거해야합니다.”
개요
그래서 이것은 이 유기체들이 처음 엽록체에 매달리기 시작했을 때 살았을지도 모르는 환경 유형에 대한 흥미로운 질문을 제기합니다. 소화가 빛에 의존하는 경우 빛이 약하면 소화 속도가 느려지고 엽록체가 끼칠 수 있는 피해도 줄어들기 때문에 아마도 저조도 환경이었을 것입니다. 조금 더 관리하시면 됩니다. 그리고 메소디늄 확실히 저조도 종입니다. 그러나 그것은 매우 일화입니다. 더 많은 증거가 필요합니다. 그러나 물론 밝은 환경에서 사는 엽록체를 유지하는 것들도 있습니다.
나는 당신의 트위터에서 당신이 나무뿌리 세기를 많이 하고 있다는 것을 알아차렸습니다. 그게 이 다른 작업과 무슨 관련이 있습니까?
이론 생태학자가 되는 것에 대해 제가 좋아하는 것 중 하나는 제가 많은 다른 시스템에 손을 대볼 수 있다는 것입니다.
이것이 우리가 연구하는 후천적 신진대사의 또 다른 측면입니다. 그래서 우리는 다른 유기체로부터 대사 기계를 훔치는 것에 대해 이야기했습니다. 하지만 두 유기체 사이의 정말 친밀한 파트너십을 통해 신진대사를 획득하는 신진대사 상리공생도 있습니다. 우리 모두가 알다시피 나무의 사업은 광합성입니다. 그러나 나무가 광합성을 하기 위해서는 토양의 영양분과 물이 필요합니다. 그리고 특히 온대 생태계에서 균류, 외생균근균과 협력하여 이러한 자원에 접근할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이들은 대부분 지하에 사는 균류입니다. 때로는 정말 맛있는 버섯을 낳기도 하고 때로는 독성이 있는 버섯을 낳기도 합니다. 곰팡이는 나무와 협력 관계에 있습니다. 균류는 토양에서 영양분을 수확하는 데 탁월하고 나무는 광합성을 통해 당분을 공급하여 서로를 지원할 수 있습니다.
이 신진대사 상리공생은 나무가 모든 종류의 다양한 환경 조건에서 생존하고 생태적 지위를 확장하도록 돕습니다. 나무는 한 환경에 좋은 특정 균류와 짝을 이룰 수 있고, 다른 환경에서는 다른 균류와 짝을 이룰 수 있습니다. 우리는 이것이 나무가 자립할 때보다 더 다양한 환경 조건에서 생계를 유지할 수 있게 해준다고 생각합니다.
마이크로바이옴에 대한 많은 이야기가 있지만, 처음부터 미생물과의 모든 관계를 맺는 것이 정말 어려웠음에 틀림없다는 사실을 잊고 있습니다.
그래, 완전히. 시퀀싱을 통해 더 나은 환경 데이터를 얻을 수 있기 때문에 거의 모든 것이 외부에 살고 있더라도 일종의 미생물 군집을 가지고 있음을 볼 수 있습니다. 누가 누구의 진화를 통제했습니까? 아마도 우리는 우리의 내장이 벌레에 의해 식민화될 것이라는 사실을 처리해야 했고 그것을 최대한 활용했을 것입니다.
그렇기 때문에 후천성 대사에 대한 연구가 매우 매력적이라고 생각합니다. 당신은 오늘날 이러한 획득을 하는 유기체를 연구하고 있습니다. 과거에 생태학적으로 어떻게 처리했는지, 선택 압력이 무엇인지 등에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
요즘 이론적 생태학이 폭발하고 있는 것 같아요.
지금 굉장히 유행하고 있는 것 같아요.
이론에 대한 관심이 높아지고 있는 이유 중 일부는 현재 우리가 가지고 있는 압도적인 양의 정보 때문이라고 생각합니다. 데이터 더미가 쌓이면 데이터에 대한 통합 이론을 개발하여 데이터를 이해합니다. 그리고 수학적 모델은 그 문제에 접근하는 한 가지 방법입니다. 그래서 대학원생들이 이 주제에 더 많은 관심을 가지거나 대학에서 이론 생태학자를 고용하는 데 관심을 갖게 된 것 같습니다. 요약하면 다음과 같습니다. 방대한 데이터가 있습니다. 그리고 우리는 준비되었습니다.
