Kyle David, ein NSF-Postdoktorand im Rokas-Labor, und Co-Autoren haben eine veröffentlicht neues Papier„Saccharomycotina-Hefen trotzen langjährigen makroökologischen Mustern“, in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften. Dieses Papier, das die Ökologie von 186 Hefearten untersucht, liefert Beweise dafür, dass nicht alle Lebensformen den Regeln folgen.
In diesem Fall handelt es sich bei den verletzten Regeln um Hypothesen zur Artenverteilung, insbesondere darum, dass die Artenvielfalt in der Nähe des Äquators zunehmen sollte, dass die Arten in wärmeren Klimazonen vielfältiger sein sollten und dass die Verbreitungsgebiete der Arten weiter vom Äquator entfernt größer sein sollten.
Das Team fand heraus, dass Hefearten in Bergwaldlebensräumen am häufigsten vorkommen.
David sagt: „Sie mögen diese Bergwälder wirklich. Ich gehe davon aus, dass diese Höhenunterschiede entlang eines Berghangs all diese Mikrolebensräume schaffen, die viel mehr Arten beherbergen können.“
Davids Co-Mentor, Matt Pennell von der University of Southern California, kommentierte: „Biologen sind seit langem von Allgemeingültigkeiten in der Verteilung der Häufigkeit von Organismen fasziniert, und es wurde eine umfangreiche Theorie entwickelt, um diese Allgemeingültigkeiten zu erklären. Aber das.“ Die Arbeit neigt dazu, die vielen Gruppen von Organismen zu ignorieren – oft die seltsamen und wunderbaren wie Pilze.
„Indem wir alle Arten von Aufzeichnungen aus verschiedenen Quellen zusammenfassten und clevere Ansätze des maschinellen Lernens nutzten, konnten wir zeigen, dass diese wichtige Gruppe von Hefen alle Regeln bricht. Wir müssen die bestehende Theorie erweitern, um besser verstehen zu können, warum das so ist.“
Aufbauend auf einer Studie, in der experimentell validiert wurde, welche Lebensmittel (d. h. Kohlenhydrate) von welchen Hefen verzehrt (d. h. verstoffwechselt) werden, stellte das Team außerdem fest, dass Arten, die weniger Kohlenhydrate verstoffwechseln, im Vergleich zu Arten, die mehr Kohlenhydrate verstoffwechseln, eingeschränkte Reichweiten haben. David war begeistert, als er in diesem Experiment das Muster der Spezialisten mit eingeschränkten Reichweiten sah.
„Die Beziehung zwischen Spezialisten und Generalisten, die wir gefunden haben, ist wirklich cool“, fügte er hinzu. „Es war nicht unerwartet, wie einige der anderen Ergebnisse, aber es ist schön zu sehen, dass dieser biochemische Prozess mit einem makroökologischen Muster zusammenhängt.“
Dieses Papier füllt eine wichtige Lücke in unserem Verständnis der Hefeökologie. Insbesondere wissen wir einiges über die medizinischen und kommerziellen Prozesse der Hefe-Mensch-Interaktionen, aber sehr wenig über die Ökologie von Hefen in der Natur. David bemerkte, dass wir Hefen oft so behandeln, als ob sie in einem Vakuum existieren würden, aber sie existieren auf der Welt und haben wirklich interessante Ökologien.
David brachte auch zum Ausdruck, dass das Papier darauf abzielte, Diversität als eine Funktion der Evolution zu erkennen und nicht durch die Bewegung von Menschen, beispielsweise in Weingütern oder Brauereien. Mithilfe seines maschinellen Lernmodells reproduzierte David die Vorhersagen der Hefe Saccharomyces eubayanus, die kürzlich in Dublin, Irland, entdeckt wurde, genau.
„Es war bekannt, dass diese Art in Europa vorkommt, da sie dort zum Brauen verwendet wird. Eigentlich wurde sie bisher nur in Tibet und Patagonien isoliert, aber vor zwei Jahren wurde sie in Irland und in meinem Modell gefunden, wo es keine davon gab.“ Isolate aus Dublin identifizieren dies immer noch als einen Ort, an dem es gefunden werden könnte. Es ist schön, diese externen Validatoren zu haben.“
David und Pennell werden diese Arbeit in ihren Laboren in Vanderbilt und USC weiterverfolgen. Laut Pennell „forschen wir weiter, indem wir untersuchen, ob Genduplikationen möglicherweise evolutionäre Innovationen bei der Art der Nahrungsquellen ermöglicht haben, von denen Hefen leben können – was letztendlich bestimmen wird, wo sie leben können.“
„Ich denke, dass das Fachwissen meiner Gruppe das der Gruppe von Antonis wirklich ergänzt, und es ist wirklich spannend, gemeinsam an diesem großen, ehrgeizigen Projekt zu arbeiten – und ich gehe davon aus, dass wir auch darüber hinaus zusammenarbeiten werden.“
Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit mit dem Y1000-Projekt durchgeführt. Dieses laufende Projekt zielt darauf ab, die Genome aller bekannten Hefearten innerhalb des Subphylums Saccharomycotina zu sequenzieren und zu analysieren. Dieses gewaltige Unterfangen wird zum ersten umfassenden Katalog der genetischen und funktionellen Vielfalt für einen solchen taxonomischen Rang führen.
Durch die Untersuchung der Genome von mehr als 1.000 Hefearten erhoffen sich Forscher Einblicke in die Entwicklung ihrer vielfältigen Stoffwechsel- und ökologischen Funktionen.
Mehr Informationen:
Kyle T. David et al., Saccharomycotina-Hefen trotzen langjährigen makroökologischen Mustern, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2316031121