Πρέπει η Evolution να αντιμετωπίζει τα μικρόβια μας ως μέρος μας;

Το λυκόφως πέφτει στην πεδιάδα της Τανζανίας. Καθώς ο ουρανός γίνεται πιο βαθύς μωβ, μια μοναχική κηλίδα ύαινα ξυπνά. Τροχοδοτεί κατά μήκος των ορίων της επικράτειας της φυλής της, σημειώνοντας το όριο με μια ξινή πάστα κάτω από την ουρά της. Μυρίζει ένα περαστικό αεράκι για υπαινιγμούς πλανόδιων αρσενικών που ενδιαφέρονται για ζευγάρωμα, δίνοντας λίγη προσοχή στο γουργούρισμα του στομάχου της πάνω από τα απομεινάρια του κυνηγιού της προηγούμενης νύχτας ή στη φαγούρα στο πλευρό της. Η μοναχική ύαινα επιλέγει τι θα κάνει μετά για να βγάλει τα προς το ζην.

Μόνο που δεν είναι μόνη. Αυτή η πάστα που εκκρίνει παράγεται όχι από τα δικά της κύτταρα αλλά από δισεκατομμύρια βακτήρια που βρίσκονται στους αρωματικούς αδένες της. Τα αρώματα στο αεράκι από πιθανούς συντρόφους προέρχονται επίσης από μοναδικά μικροβιακά παρασκευάσματα. Μια ποικιλία από βακτήρια που καλύπτουν το έντερό της βοηθούν στη διάσπαση του γεύματός της. Άλλοι βοηθούν το ανοσοποιητικό της σύστημα να αποκρούσει τις ορδές των παρασίτων και των παθογόνων που προσπαθούν να εισβάλουν στο δέρμα και σε άλλους ιστούς της.

Ποιος ακριβώς είναι, λοιπόν, που προσπαθεί να επιβιώσει στην πεδιάδα της Τανζανίας; Μπορούμε να εξετάσουμε ανεξάρτητα τις τύχες της ύαινας και των μικροβίων μέσα της; Ή μήπως η αλληλεπίδρασή τους δημιουργεί κάτι νέο, μεγαλύτερο από κάθε μέρος μόνο του;

«Έχουμε υποτιμήσει την πιθανή συμβολή των μικροβίων σε χαρακτηριστικά που μελετάμε για δεκαετίες ή αιώνες», δήλωσε ο Kevin Theis, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Wayne State που μελετά τα μικρόβια που παράγουν πάστα της ύαινας. "Εάν τα γονίδια για αυτά τα σημαντικά χαρακτηριστικά βρίσκονται στην πραγματικότητα στο μικροβίωμα και όχι στο ίδιο το ζώο, τότε πρέπει να ακολουθήσουμε μια προσέγγιση σε επίπεδο συστήματος και να εξετάσουμε το σύστημα ξενιστή-μικροβίου ως σύνολο."

Κοιτάξτε αρκετά προσεκτικά σε οποιοδήποτε φυτό ή ζώο και θα ανακαλύψετε μια ταραχή από βακτήρια, μύκητες και ιούς που σχηματίζουν ένα περίπλοκο και διασυνδεδεμένο οικοσύστημα. Μια πρόσφατη έκρηξη έρευνας αποκαλύπτει πόσο βαθιά βασιζόμαστε στα μικροβιακά μας πρότυπα για να διατηρήσουμε το σώμα μας σε λειτουργία, εγείροντας βαθιά ερωτήματα σχετικά με το τι σημαίνει να είσαι άτομο.

Οι ζωτικές λειτουργίες όπως η πέψη και η ανοσία θεωρούνταν από καιρό ότι ήταν υπό την αρμοδιότητα των μεμονωμένων οργανισμών, καθώς οι ικανότητες αναπτύχθηκαν και βελτιώθηκαν μέσω της εξέλιξης από τη φυσική επιλογή - η διαφορική επιβίωση και αναπαραγωγή των ατόμων. Αλλά αν το σώμα μας είναι λιγότερο μια αυτοκρατορία πανομοιότυπων κυττάρων και περισσότερο ένας συνασπισμός πλήθους, πώς μπορούμε να εξηγήσουμε την εξέλιξή τους;

Ορισμένοι βιολόγοι ζητούν μια ριζική αναβάθμιση της εξελικτικής θεωρίας, υποστηρίζοντας ότι οι κυρίαρχες ιδέες, που αναπτύχθηκαν από τη μελέτη μεγαλύτερων, πιο εύκολα κατανοητών οργανισμών, δεν ταιριάζουν καλά σε αυτόν τον νέο κόσμο. Άλλοι υποστηρίζουν ότι η υπάρχουσα θεωρία πρέπει απλώς να εφαρμοστεί πιο προσεκτικά. Όλοι συμφωνούν ότι ο μικρό και ο μακρο κόσμος είναι αναπόφευκτα αλληλεξαρτώμενοι και ότι οι βιολόγοι πρέπει να εξερευνήσουν τα όρια των διασυνδέσεών τους.

Ποτέ μόνος

«Δεν υπήρξαμε ποτέ άτομα», διακήρυξε μια εργασία του 2012 στο The Quarterly Review of Biology από τον Scott Gilbert, αναπτυξιακό βιολόγο στο Swarthmore College, και τους συναδέλφους του. Αυτός ο τολμηρός ισχυρισμός απηχούσε προηγούμενες εκκλήσεις για μια επανασύνληψη περίπλοκων οργανισμών ως νέων ειδών ατόμων - ολοβιόντων. Ο όρος holobiont περιλαμβάνει ένα ζώο ή φυτό ξενιστή και όλα τα μικρόβια που το αποτελούν. Όλα τα γονίδια μέσα σε ένα holobiont, που ανήκουν σε ξενιστή ή μικρόβια, αποτελούν το "ολογονίδιο".

Τα ολοβιόνια και τα ολογονώματα είναι «αδιαμφισβήτητες πραγματικότητες της φύσης», έγραψαν ο Theis και οι συνεργάτες του στο περιοδικό mSystems . Τα ολογονίδια περιέχουν πολύ περισσότερα γονίδια από το γονιδίωμα του ξενιστή μόνο, και δεδομένου ότι τουλάχιστον ένα κλάσμα των μικροβιακών γονιδίων έχει σημαντική επίδραση στην επιβίωση και την αναπαραγωγή του ξενιστή, πρέπει να θεωρήσουμε το ολογονίωμα ως πιθανή μονάδα επιλογής εάν θέλουμε να κατανοήσουμε η εξέλιξη του holobiont.

«Πρώτα και κύρια, σκέφτομαι το ολοβιόντιο και το ολογονίωμα ως δομικούς ορισμούς», δήλωσε ο Σεθ Μπορντενστάιν, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Vanderbilt. Μαζί με άλλους ερευνητές, ο Bordenstein υποστηρίζει ότι χρειάζεται φρέσκια γλώσσα για την αναφορά σε αυτήν την οντότητα, δεδομένης της πανταχού παρουσίας των μικροβίων που σχετίζονται με τον ξενιστή στη φύση. «Δεχόμαστε το χρωμόσωμα ή το γονιδίωμα ως δομές. Το επόμενο επίπεδο προς τα πάνω είναι το ολογονίδιο», είπε.

«Το δευτερεύον ερώτημα είναι:Έχει σημασία το ολογονίωμα;» συνέχισε. Κανείς δεν γνωρίζει ποιο ποσοστό του μικροβιώματος θα επηρεάσει τη φυσική κατάσταση του ξενιστή. πολλοί είναι σίγουρα έτοιμοι για τη βόλτα. Αλλά εάν υπάρχει κάποιος βαθμός συνεργασίας - για παράδειγμα, εάν ο ξενιστής παρέχει καταφύγιο ή θρεπτικά συστατικά για ορισμένα μικρόβια που σε αντάλλαγμα μεταβολίζουν προϊόντα που ο ξενιστής δεν μπορεί να φτιάξει μόνος του - τότε είναι κάτι περισσότερο από δύο οργανισμοί που καταλαμβάνουν τον ίδιο χώρο. Είναι, ως ένα βαθμό, λειτουργικά ενσωματωμένα. Και αυτό εγείρει το ερώτημα εάν το ολογονίδιο μπορεί επίσης να έχει σημασία εξελικτικά.

Όσο πιο στενή είναι η ενσωμάτωση, τόσο πιο στενά συνυφασμένες γίνονται οι τύχες του ξενιστή και του μικροβίου. Για τέτοια ολοβιόνια, λέει ο Bordenstein, δεν μπορείτε να κατανοήσετε την εξέλιξη είτε του γονιδιώματος του ξενιστή είτε των μικροβιακών γονιδιωμάτων μεμονωμένα, επειδή η κοινότητα των οργανισμών στο σύνολό της διαμορφώνει τα χαρακτηριστικά του ατόμου. «Πρέπει να καταλάβουμε τι παράγουν τα μικρόβια, τι φτιάχνει ο οικοδεσπότης και πιθανώς πώς αυτά τα προϊόντα συνεργάζονται», είπε. Το holobiont, υποστηρίζει, είναι περισσότερα από το άθροισμα του ξενιστή και των μικροβίων. Από την αλληλεπίδρασή τους αναδύεται μια συνεκτική οντότητα στην οποία η φυσική επιλογή θα μπορούσε να ενεργήσει παράλληλα με άλλες μονάδες επιλογής, όπως το άτομο ή ένα γονίδιο.

Οι υποστηρικτές αυτής της ολογενωμικής έννοιας της εξέλιξης υποστηρίζουν ότι εάν υπάρχει μια πιστότητα μεταξύ των γενιών μεταξύ των ξενιστών και των μικροβίων, τότε το holobiont ενσωματώνει μια συνένωση πολυάριθμων, ανόμοιων εξελικτικών γενεών σε ένα μοναδικό ον, έναν συνασπισμό πολλών που συμβάλλει στη λειτουργική ακεραιότητα του ΟΛΟΚΛΗΡΟ. Μόνο όταν θεωρούμε το holobiont ως μια ενιαία οντότητα ικανή να διαμορφωθεί ως μονάδα από τη φυσική επιλογή, μπορούμε να κατανοήσουμε την πολυπλοκότητά του.

Παραλλαγή και κληρονομικότητα

Τι μπορεί να σημαίνει η εξέλιξη ενός ολοβιόντου μέσω της φυσικής επιλογής; Πώς μπορούν τα χαρακτηριστικά που προκύπτουν από το holobiont ως σύνολο και όχι από οποιαδήποτε μεμονωμένη σειρά κυττάρων σε αυτό να «επιλεγούν» από τη φύση και να εξαπλωθούν στον πληθυσμό; Η κλασική συνταγή για την εξέλιξη μέσω της φυσικής επιλογής ξεκινά με έναν πληθυσμό ατόμων με ποικίλα χαρακτηριστικά που επηρεάζουν τον αριθμό των βιώσιμων απογόνων που είναι πιθανό να έχουν. Αυτά τα χαρακτηριστικά πρέπει να είναι κληρονομήσιμα — δηλαδή να μεταβιβάζονται με κάποια πιστότητα από γενιά σε γενιά. Ένα χαρακτηριστικό θα μπορούσε υποθετικά να διπλασιάσει τη διάρκεια ζωής και τον αριθμό των απογόνων κάποιου τυχερού ατόμου, αλλά αν δεν μεταδοθεί αυτό το χαρακτηριστικό, είναι ένα εξελικτικό αδιέξοδο.

Πληρούν τα holobionts αυτά τα κριτήρια για τις εξελισσόμενες οντότητες; Τα μικρόβια και τα γονιδιώματα του ξενιστή μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τρόπους που επηρεάζουν βαθιά τη φυσική κατάσταση του ξενιστή. Αλλά το αν κληρονομούμε το μικροβίωμα μας με τον τρόπο που κληρονομούμε το γονιδίωμά μας παραμένει ένα θέμα διαφωνίας.

Οι γονείς μεταφέρουν μικρόβια στους απογόνους τους. Για παράδειγμα, τα θηλυκά ορισμένων ειδών βρωμιάς φωλιάζουν ένα σφαιρίδιο κοπράνων κοντά σε φρεσκογεννημένα αυγά για να χρησιμεύσουν ως το πρώτο γεύμα των προνυμφών, εμβολιάζοντάς τες έτσι με το μικροβίωμα του εντέρου της μητέρας τους. Τυπικά, τα ανθρώπινα μωρά που δεν γεννιούνται με καισαρική τομή αποκτούν τα κολπικά μικρόβια της μητέρας τους καθ' οδόν προς τον έξω κόσμο. Τα μικρόβια της μαμάς τρίβονται επίσης σε ένα μωρό μέσω της στενής επαφής και του θηλασμού. Αν και τελικά η μικροβιακή κοινότητα αλλάζει καθώς το παιδί μετακινείται πιο ελεύθερα στον κόσμο, αυτά τα πρώιμα μικρόβια παίζουν τεράστιο ρόλο στην ανάπτυξη του ανοσοποιητικού συστήματος.

Δεν μεταφέρεται όλο το μικροβίωμα από τον γονέα στους απογόνους, αλλά σύμφωνα με τον Bordenstein, δεν χρειάζεται να είναι. «Κανείς που γνωρίζω δεν περιμένει ότι το μικροβίωμα θα κληρονομηθεί στο σύνολό του, πιστά», είπε ο Bordenstein. Αλλά αν είναι ένα σημαντικό μέρος του, αυτός και άλλοι υποστηρίζουν ότι αυτές οι αλληλεπιδράσεις και η εξέλιξή τους μπορεί να θεωρηθούν ως μονάδα επιλογής.

Τύπες σε ολογονώματα

Άλλοι ερευνητές πιστεύουν ότι η έννοια του ολογονιδιώματος της εξέλιξης επεκτείνει την έννοια μιας επιλέξιμης μονάδας σε σημείο ασυνέπειας. «Ακριβώς επειδή τα μικρόβια είναι εκεί με έναν οργανισμό τη φορά δεν σημαίνει ότι αποτελούν μονάδα επιλογής, ειδικά αν δεν μεταβιβάζονται κάθετα», λέει η Joan Strassmann, εξελικτική βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον στο Σεντ Λούις που μελετά τα μικρόβια. .

«Δεν θέλω να ισχυριστώ ότι η κάθετη μετάδοση είναι απολύτως απαραίτητη, αλλά είναι σίγουρα ο πιο πιθανός μηχανισμός που θα οδηγήσει στη σωρευτική εξέλιξη της εταιρικής σχέσης στο σύνολό της», δήλωσε ο Derek Skillings, φιλόσοφος βιολογίας στο Πανεπιστήμιο. της Πενσυλβάνια και του City College της Νέας Υόρκης.

Ο Skillings και άλλοι κριτικοί υποστηρίζουν ότι απλά δεν υπάρχουν αρκετά στοιχεία για κάθετη μετάδοση συμβιόντων που να επιτρέπουν στο holobiont να είναι ένα συνεκτικό εξελικτικό άτομο. Πολλά από τα μικρόβια ενός ξενιστή αποκτώνται από το εξωτερικό περιβάλλον, όχι από τους γονείς του. Ακόμη και όταν το περιβάλλον είναι κοινόχρηστο, δεν υπάρχει λόγος να υποθέσουμε ότι τα μικρόβια ενός γονέα θα φτάσουν στους απογόνους του. Ακόμα κι αν πρόκειται για τα ίδια είδη μικροβίων, η άμεση γραμμή κάθετης μετάδοσης είναι ακόμα απαραίτητη για να σχηματιστεί ένα εξελικτικό άτομο.

Η Skillings υποστηρίζει περαιτέρω ότι η επαναλαμβανόμενη συν-εμφάνιση ειδών στη φύση δεν σημαίνει ότι έχουν κοινά ενδιαφέροντα. Σκεφτείτε έναν οικοδεσπότη και ένα παράσιτο εγκλωβισμένοι σε αέναη σύγκρουση:Κάθε γενιά, έρχονται μαζί και προσπαθούν να ανατρέψουν ο ένας τον άλλον. Θα μπορούσατε ακόμη και να φανταστείτε μια οικογενειακή σειρά ξενιστών να έχει μολυνθεί από την ίδια οικογενειακή σειρά παρασίτων. Ωστόσο, όσο επίμονη κι αν είναι αυτή η σχέση, η Skillings υποστηρίζει ότι θα την κατανοήσετε μόνο εξετάζοντας τα ενδιαφέροντα κάθε γενεαλογίας ξεχωριστά. Οι υποστηρικτές της έννοιας του ολογονιδιώματος αναγνωρίζουν ότι η συνεργασία, η σύγκρουση, ακόμη και η ουδετερότητα μπορούν να επηρεάσουν την εξέλιξη του holobiont, καθιστώντας λιγότερο τη διαφωνία σχετικά με τα γεγονότα του θέματος και περισσότερο για τον τρόπο προσέγγισης τους.

Ο Strassmann υποστηρίζει ότι η εστίαση αποκλειστικά σε ό,τι συμβαίνει στο holobiont χάνει μεγάλο μέρος της ιστορίας των μικροβίων. Πολλά μικρόβια που σχετίζονται με τον ξενιστή περνούν σημαντικά κομμάτια της ζωής τους έξω από τον ξενιστή τους, σε ένα περιβάλλον όπου υπόκεινται σε πολύ διαφορετικές πιέσεις επιλογής. Η ιδέα του holobiont, λέει, θέτει παρωπίδες στην κατανόησή μας για την εξέλιξη αυτών των μικροβίων, εστιάζοντας την προσοχή στο περιβάλλον του ξενιστή και παραμελώντας άλλους βιότοπους που θα μπορούσαν να διαμορφώσουν τον χαρακτήρα ενός μικροβίου.

Οι επικριτές των θεωριών που επικεντρώνονται στο holobiont δεν απορρίπτουν τη σημασία της μελέτης των διασυνδέσεων μεταξύ μικροβίων και ξενιστών, αλλά πιστεύουν ότι το πλαίσιο του holobiont είναι σχεδόν πάντα παραπλανητικό. Οραματίζονται το holobiont ως μια οικολογική κοινότητα, όχι ως ένα εξελικτικό άτομο. Η γνώση ότι οι συμβιωτικές σχέσεις με τα μικρόβια είναι σημαντικές «δεν σημαίνει ότι πρέπει να ξεχάσουμε εντελώς αυτά που γνωρίζουμε για τον τρόπο λειτουργίας της εξέλιξης και της φυσικής επιλογής», είπε ο Strassmann.

Αλλά η μετάφραση της υπάρχουσας οικολογικής και εξελικτικής θεωρίας σε αυτόν τον νέο μικροβιακό κόσμο είναι πιο εύκολο να ειπωθεί παρά να γίνει, προειδοποιεί η Britt Koskella, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ. Πολλές από αυτές τις θεωρίες δημιουργήθηκαν για να εξηγήσουν πώς τα φυτά και τα ζώα αλληλεπιδρούν και συνυπάρχουν και "υπάρχουν καλά κατανοητές πτυχές της μικροβιακής οικολογίας που απλά δεν ταιριάζουν εδώ", είπε.

Πάρτε την οικολογική διαδοχή, ένα πλαίσιο για την αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο μια κοινότητα συγκεντρώνεται με την πάροδο του χρόνου. Η κατάσταση μιας φυτικής κοινότητας σε ένα νέο νησί, για παράδειγμα, μπορεί να εξαρτάται πολύ περισσότερο από τη σειρά με την οποία έφτασαν τα είδη και τις κόγχες που γέμισαν παρά από την τοπική εξέλιξη των φυτών, επειδή η εξέλιξη είναι συνήθως πολύ πιο αργή.

Αλλά τα βακτήρια εξελίσσονται πολύ πιο γρήγορα από τα φυτά και τα ζώα και μπορούν να ανταλλάξουν γονίδια ακαριαία μέσω οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων. «Τώρα πρέπει να εξετάσετε την πιθανότητα ότι ένα μικρόβιο θα μπορούσε να φτάσει και, είτε με μετάλλαξη είτε με οριζόντια μεταφορά, να γεμίσετε όλες τις διαθέσιμες θέσεις πριν εμφανιστεί οποιοσδήποτε άλλος», είπε ο Koskella. Η βακτηριακή διαδοχή μπορεί να λειτουργήσει με διαφορετικούς, αντίθετους τρόπους από την παραδοσιακή διαδοχή.

Άλλες διαφορές που πρέπει να ληφθούν υπόψη, σύμφωνα με τον Koskella, περιλαμβάνουν την επίδραση του ανοσοποιητικού συστήματος ενός ξενιστή στο μικροβίωμα του και την ικανότητα των μικροβίων να αλλάζουν δυναμικά το περιβάλλον τους. Υποστηρίζει ότι οι θεωρητικοί πρέπει να σκεφτούν τις βασικές υποθέσεις που κάνουν τα μοντέλα τους και να εξετάσουν εάν εφαρμόζονται εξίσου καλά στα μικρόβια, και οι εμπειριστές πρέπει να δοκιμάσουν τις προβλέψεις αυτών των μοντέλων. «Η διασταύρωση μεταξύ εμπειριστών και θεωρητικών είναι πραγματικά σημαντική», είπε ο Κοσκέλα. "Τα δεδομένα είναι τόσο πολύπλοκα και πολύ γρήγορα προχωράμε πέρα ​​από τη διαίσθηση."

Η διευθέτηση εμπειρικών ερωτημάτων, όπως πόσο συχνά κληρονομείται ένα σημαντικό μέρος του holobiont και πόσο σταθερές είναι οι κοινότητες μεταξύ των γενεών, θα βοηθήσει στην όξυνση της διαίσθησης και στην ενημέρωση της θεωρητικής εργασίας. «Μπορούμε να συνεχίσουμε απλώς να κάνουμε ερωτήσεις και να λαμβάνουμε δεδομένα, αλλά χωρίς θεωρία, δεν ξέρετε πραγματικά πώς να αρχίσετε να ερμηνεύετε ή να δοκιμάζετε όλη αυτή την πολυπλοκότητα», είπε ο Koskella.

Είναι το τραγούδι, όχι ο τραγουδιστής

Μια ριζοσπαστική ιδέα επιδιώκει να χαράξει έναν τρίτο δρόμο προς τα εμπρός, ανατρέποντας το πρόβλημα. Ξεχάστε τα στοιχεία σχετικά με τα μικρόβια που αλληλεπιδρούν ή εάν μεταδίδονται κάθετα ή οριζόντια, λένε οι υποστηρικτές του — απλώς εστιάστε στις αλληλεπιδράσεις, στις σταθερές μεταβολικές διεργασίες που πραγματοποιούνται από διάφορους μικροβιακούς παίκτες.

«Είναι το τραγούδι, όχι ο τραγουδιστής», είπε ο W. Ford Doolittle, εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Dalhousie στη Νέα Σκωτία. Αυτός και ο πρώην συνάδελφός του στο Dalhousie Austin Booth δημιούργησαν αυτή την ιδέα και της έδωσαν το όνομά της, συντομογραφία ITSNTS, αντιστρέφοντας τον τίτλο ενός τραγουδιού των Rolling Stones. Υποστηρίζουν ότι αποτυπώνει αυτό που είναι τόσο συναρπαστικό σχετικά με την ιδέα των ολομπιοντών, δηλαδή τα σταθερά δίκτυα μοτίβων αλληλεπίδρασης μεταξύ διαφορετικών γενεαλογικών γενεών, χωρίς να τους αποδίδει μια ιδιαίτερη εξελικτική ταυτότητα. Αντίθετα, οι ίδιες οι διαδικασίες αποτελούν ένα είδος εξελικτικής γενεαλογίας.

Οι Doolittle και Booth ξεκινούν από την παρατήρηση ότι τα μικροβιώματα του εντέρου περιέχουν μια μεγάλη ποικιλία ειδών και στελεχών σε πολλές βακτηριακές ταξινομικές ομάδες, αλλά παρουσιάζουν μια αξιοσημείωτη διατήρηση των βασικών λειτουργιών που εκτελούνται από αυτούς τους οργανισμούς. Αυτά τα δίκτυα διαφορετικών παικτών συμμετέχουν σε μεταβολικούς κύκλους, στους οποίους ένα σύνολο βακτηρίων μετατρέπει τα θρεπτικά συστατικά σε μεταβολίτες, τα οποία συλλέγονται από άλλα βακτήρια για να παράγουν έναν διαφορετικό μεταβολίτη, τον οποίο χρησιμοποιεί ο ξενιστής και ο κύκλος συνεχίζεται. Πολλά από αυτά τα λειτουργικά βήματα μπορούν να πραγματοποιηθούν από μυριάδες στελέχη που υπάρχουν στο έντερο, καθιστώντας οποιοδήποτε δεδομένο στέλεχος δυνητικά περιττό. Αλλά ο ίδιος ο κύκλος συνεχίζεται, ανεξάρτητα από τα κελιά που τον ενεργοποιούν.

Ο Doolittle επεξηγεί την ιδέα χρησιμοποιώντας τον κύκλο του αζώτου. Το ατμοσφαιρικό άζωτο αναδεύεται μέσω μιας σειράς χημικών καταστάσεων από μια διαφορετική ποικιλία βακτηρίων, φυτών και αποικοδομητών όπως μύκητες που εκτελούν διαφορετικές αντιδράσεις. Κάθε βήμα στον κύκλο μπορεί να πραγματοποιηθεί από αναρίθμητα είδη που ανήκουν όλα σε ένα είδος «λειτουργικής συντεχνίας», αλλά η ίδια η διαδικασία παραμένει εξαιρετικά σταθερή.

Μόλις υπάρξουν αυτά τα δίκτυα, δημιουργούν μια θέση για να καταλάβουν άλλα μικρόβια. Ο κύκλος γίνεται ένα είδος δομής για να αρπάξουν διάφορες γενεαλογίες, ένας τρόπος για να βγάλουν τα προς το ζην. «Εάν κάνετε το άλμα και σκεφτείτε αυτά τα δίκτυα αλληλεπίδρασης… ως πληθυσμούς οντοτήτων, μπορείτε να αρχίσετε να τα κατανοείτε ως μονάδες επιλογής», είπε ο Booth. «Αναστρέφει τους παραδοσιακούς τρόπους σκέψης για την εξέλιξη. Η υλιστική βάση των γενεαλογιών έρχεται σε δεύτερη μοίρα.»

Οι Doolittle και Booth το παρομοιάζουν με τον τρόπο που τα τραγούδια διαιωνίζονται ως πολιτιστικές οντότητες. "Υπάρχουν τραγούδια που έχουν διαρκέσει για πολύ καιρό βασικά επειδή πολλοί άνθρωποι ήταν χαρούμενοι να τα τραγουδήσουν", είπε ο Doolittle. Μεμονωμένοι τραγουδιστές έρχονται και φεύγουν, αλλά ακόμη και σε πολιτισμούς όπου δεν υπάρχει γραπτή και ηχογραφημένη μουσική, τα τραγούδια επιβιώνουν στρατολογώντας τα κατάλληλα ταλέντα στις νέες γενιές. Ομοίως, από τη στιγμή που υπάρχει ένα μεταβολικό δίκτυο, διάφορες σειρές οργανισμών μπορούν να εξελιχθούν για να εκτελέσουν ορισμένες από τις αλληλεπιδράσεις και τις διαδικασίες που το καθορίζουν - και η εξέλιξη μπορεί να υποστηρίξει αυτή τη συσχέτιση επειδή είναι εγωιστικά επωφελής για τα άτομα ή τα γονίδια στις διάφορες γενεαλογικές γραμμές. έτσι.

Η επιλογή διεργασιών μέσω διαφορικής επιμονής είναι σίγουρα μια ασυνήθιστη ιδέα, αλλά όχι πρωτόγνωρη. Η πολιτιστική εξέλιξη των ιδεών με τη μορφή «μιμιδίων», ενώ είναι αμφιλεγόμενη, θεωρείται από πολλούς ως τουλάχιστον εύλογη (η ίδια η έννοια του μιμιδίου εμπνεύστηκε από τη βιολογική έννοια των γονιδίων). Σε αυτήν την περίπτωση, η ιδέα ή το μιμίδιο είναι η μεταβολική αλληλεπίδραση και παραμένει με βάση την ικανότητά του να στρατολογεί μικρόβια για να το πραγματοποιήσει.

Μένει να φανεί πόσο χρήσιμο μπορεί να είναι αυτό το πλαίσιο για τη μελέτη του holobiont, και μένουν να εξαλειφθούν σημαντικές στροφές. Η αντίληψη ότι η διαφορική εμμονή είναι ανάλογη με τη διαφορική αναπαραγωγή μπορεί να φαίνεται περίεργη σε πολλούς εξελικτικούς βιολόγους και δεν είναι ακόμα σαφές πώς να οριστεί ένα μεταβολικό δίκτυο.

Γόνιμο έδαφος

Η έμπνευση επιχειρηματολογία για το πώς λειτουργεί βασικά η εξέλιξη δεν είναι κάτι καινούργιο. «Η εξέλιξη, αν κοιτάξετε την ιστορία της ιδέας, ήταν πάντα κατακλυζόμενη από αυτού του είδους τις συζητήσεις», είπε ο Μπουθ, αναφερόμενος σε πρώιμες συζητήσεις σχετικά με το εάν η εξέλιξη προχώρησε σταδιακά ή σε αναταραχές και ξεκινά.

"Είναι ασφαλές να πούμε ότι η μικροβιακή επανάσταση ήταν επιδραστική στο ότι πετάει τόσες πολλές από τις παραδοσιακές ιδέες ή τουλάχιστον τις ρίχνει σε ένα νέο φως", είπε ο Booth.

«Νομίζω ότι μόλις ξεκινάμε ένα πεδίο εδώ», είπε ο Bordenstein. Επισημαίνει τις πρώτες μέρες της γενετικής. «Αυτές οι πρώτες ερωτήσεις ήταν τόσο βασικές - τι είναι ένα γονίδιο; Πώς κληρονομούνται τα γονίδια;» Οι βιολόγοι μόλις αρχίζουν να κατανοούν τα βασικά ερωτήματα των αλληλεπιδράσεων μικροβίου-ξενιστή. "Ποιος είναι εκεί? Ποια είναι η πολυπλοκότητα του ολοβιοντίου και πώς λειτουργούν τα μέρη του μαζί; Έχουμε δουλειά ενός αιώνα μπροστά μας για να το καταλάβουμε.»

Ο Strassmann συμφωνεί. «Είναι πολύ σημαντικό να συνεχίσουμε να μιλάμε μεταξύ μας. Έχουμε τόσα πολλά να κάνουμε.”