Livets insidere:Afkodning af endosymbiose med matematik

Endosymbiose, det intime og langsigtede forhold, hvor en organisme lever inde i en anden, er en hjørnesten i livet, som vi kender det, og en nøgle til fremkomsten af ​​komplekst liv på Jorden. Mange af mysterierne omkring endosymbiose er svære at tackle ved at bruge empiriske tilgange alene.

I et nyligt essay offentliggjort i PLOS Biology , beskriver et team af forskere fra Umeå Universitet, hvordan matematiske modeller kan fremme forskning i endosymbiose.

Endosymbionter er overalt:I vores celler genererer mitokondrier det meste af vores energi, planter er afhængige af kloroplaster til fotosyntese, og mange insekter kan ikke formere sig uden deres endosymbionter. Dette er dog kun toppen af ​​isbjerget, når det kommer til endosymbioser.

"Endosymbiotiske relationer er utroligt mangfoldige og komplekse. For eksempel har ny forskning afsløret, at endosymbionter kan afgøre, om embryoner kan dannes med succes, og endda guide embryonal udvikling," siger Lucas Santana Souza, postdoc ved Umeå Universitet og medforfatter til artikel i PLOS Biology .

På trods af deres allestedsnærværende kan endosymbioser være svære at studere.

"Tænk på oprindelsen af ​​mitokondrierne i vores celler. Det plejede at være en separat organisme, men gennem en endosymbiose, der skete for hundreder af millioner af år siden, blev den en afgørende del af alt komplekst liv. Vi kan dog ikke studere denne gamle og sjælden begivenhed ved at gengive den i laboratoriet eller gå tilbage i tiden – vi har brug for andre måder, og matematiske modeller er et fantastisk værktøj," siger Eric Libby, lektor ved Institut for Matematik og Matematisk Statistik.

Matematiske modeller kan hjælpe os med at forstå, hvordan forskellige faktorer påvirker interaktionerne mellem endosymbionter og deres værter. I essayet viser forfatterne, hvordan disse modeller kan generere ideer og komplementere forskning i den virkelige verden. De peger også på vigtige spørgsmål til yderligere undersøgelse.

Et sådant eksempel er forbundet med koraller og deres endosymbionter, af særlig relevans i øjeblikket, da koralblegningshændelser øges på verdensplan på grund af øgede hedebølger. Ved koralblegning udstøder korallen sine endosymbionter og mister sin evne til at generere føde, hvilket kan føre til dens død.

Interessant nok kan koraller skifte deres endosymbionter til dem, der forbedrer deres evne til at modstå hedebølger. Dette er et af de forskningsområder, som medforfatter Adriano Bonforti, postdoc ved Umeå Universitet, er mest interesseret i.

"Gudden er at forstå, hvornår koraller skal ændre deres endosymbiotiske samfund, så en type endosymbiont bliver dominerende over de andre, og derved ændrer korallernes reaktion på stresseffektorer. Matematiske modeller kan foreslå sandsynlige årsager til, hvornår og hvordan koraller skal skifte. Resultaterne af disse teoretiske tilgange kan så hjælpe med at guide fremtidig eksperimentel forskning," siger han.

Forfatterne argumenterer også for øget samarbejde mellem endosymbioseforskere. De drager paralleller mellem endosymbiotiske forhold og interaktionen mellem matematiske modelbyggere og eksperimentalister. Begge har forskellige tilgange og baggrunde, men resultatet af deres samarbejde kan ifølge dem være enormt frugtbart.

"Tænk på modelbyggere som gavnlige partnere, der henter inspiration og stiller spændende spørgsmål fra de rige empiriske opdagelser. I denne sammenhæng bidrager modelbyggere ved at forenkle komplekse koncepter, afdække grundlæggende processer og åbne nye veje til udforskning. Med dette essay håber vi at bygge en stærkere bro mellem begge felter og for at indikere frugtbare retninger for endosymbiotisk forskning," siger Lucas Santana Souza.

Flere oplysninger: Lucas Santana Souza et al., Modellering af endosymbioser:Indsigt og hypoteser fra teoretiske tilgange, PLOS Biology (2024). DOI:10.1371/journal.pbio.3002583

Journaloplysninger: PLoS-biologi

Leveret af Umea University