Yksittäisen lajin evoluutio voi muuttaa kokonaisen lajiyhteisön
Lajiyhteisöjen kehitystä ei voi ymmärtää pelkästään ekologisten vuorovaikutusten tai ympäristötekijöiden avulla, sillä myös evoluutio voi muuttaa yhteisöjen toimintaa. Havainto auttaa ymmärtämään esimerkiksi antibioottiresistenssin seurauksia.
Evoluutio voi muuttaa yhteisöjen rakennetta, mutta sen vaikutuksia on vaikea tutkia luonnossa, koska evoluution vaikutus alkaa näkyä vasta pitkien aikajaksojen jälkeen. Mikrobien nopea lisääntyminen antaa kuitenkin mahdollisuuden seurata evoluutiota laboratoriossa sukupolvi sukupolvelta “reaaliajassa”.
– Mikrobiomitutkimuksessa synteettisten mikrobiyhteisöjen käyttäminen, kuten tässä tutkimuksessa teimme, on avannut uusia mahdollisuuksia tutkia monimutkaisiin yhteisöihin liittyviä avainkysymyksiä, professori Teppo Hiltunen Turun yliopistosta toteaa.
Turun yliopiston biologian laitoksella toteutettu tutkimus osoitti, että yhden lajin evoluutio voi muuttaa kokonaisen lajiyhteisön rakennetta. Tutkimuksessa seurattiin 23 bakteerilajista koostuvaa mikrobiyhteisöä neljän vuoden ajan. Kokeen aikana tutkijat analysoivat sekä yhteisön lajikoostumusta että bakteerien perimässä tapahtuneita muutoksia.
Mutaation seurauksena yhteisön koostumus muuttui
Osa yhteisöistä kasvatettiin streptomysiini-antibiootin vaikutuksen alaisina ja osa ilman antibioottia. Antibiootti muutti yhteisöjen rakennetta nopeasti suosimalla sille vastustuskykyisiä lajeja ja vähentämällä herkempien lajien runsautta. Kokeen aikana yhdessä bakteerilajissa kehittyi kuitenkin antibioottiresistenssi yksittäisen mutaation seurauksena. Tämä evolutiivinen muutos kasvatti kyseisen lajin runsautta, mikä vaikutti myös muiden lajien runsauteen. Lopputuloksena yhteisön koostumus siirtyi uuteen tilaan.
– Erityisen merkittävää oli, että pystyimme yhdistämään yhteisötason muutoksen tarkasti yhteen antibioottiresistenssiä aiheuttavaan mutaatioon, tutkijatohtori Mikko Kivikoski Helsingin yliopistosta sanoo.
Tulokset osoittavat, että lajiyhteisöjen pitkän aikavälin kehitystä ei voida ymmärtää pelkästään ekologisten vuorovaikutusten tai ympäristötekijöiden avulla. Myös evoluutio voi muuttaa yhteisöjen toimintaa ja vakautta. Havainto auttaa ymmärtämään esimerkiksi mikrobiyhteisöjen toimintaa ja antibioottiresistenssin seurauksia.
Pitkäjänteistä ja monitieteistä tutkimusta
Tutkimus toteutettiin professori Teppo Hiltusen tutkimusryhmässä Turun yliopistossa yhteistyössä Helsingin yliopiston professori Ville Mustosen sekä Konstanzin yliopiston professori Lutz Becksin tutkimusryhmien kanssa. Tutkimus tehtiin osana Suomen Akatemian Mikrobilääkeresistenssin tutkimuksen monitieteistä huippuyksikköä (FiMAR).
Professori Ville Mustonen haluaa vielä korostaa vakaan tutkimusympäristön roolia:
– Suomen Akatemian huippuyksikköohjelman luomat puitteet mahdollistivat ratkaisevalla tavalla tämän pitkäjänteisen monitieteellisen tutkimuksen. Useat nykyajan toisistaan riippuvat monimutkaiset ongelmat tarvitset pitkäjänteistä monitieteellistä tutkimusta jotta niitä saadaan yhdessä ratkottua.
Tulokset julkaistiin arvostetussa Yhdysvaltain tiedeakatemian Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) -lehdessä.
