Bringing together evolution and ecology through the Red Queen Perspective

Prosjektet undersøker spørsmålet om hvor viktig biotiske faktorer (som for eksempel konkurranse om mat og levesteder) er i forhold til abiotiske faktorer (som for eksempel endringer i temperatur) i å forårsake evolusjonære endringer. Ideen om at interaksjoner mellom organismer alene er nok til å drive en evigvarende evolusjon er kjent som Rød dronning hypotesen. Dette er en klassisk hypotese innen evolusjonsbiologi, første gang fremlagt av Leigh Van Valen i en artikkel i 1973. Selv om hypotesen ikke er ny er vi langt unna å forstå hvorvidt og hvordan interaksjoner mellom organismer kan være pådrivere av evolusjonære endringer over lange tidsrom. Dette prosjektet angriper problemstillingen fra to forskjellige kanter. Ved hjelp av bakterier i kultur setter vi opp eksperimenter som skal vare over lang tid slik at økologiske og evolusjonære endringer kan studeres samtidig. Ved siden av eksperimentene jobbes det med matematiske modeller som beskriver relevante aspekter av bakteriesamfunnene for lettere å evaluere hvilke evolusjonære endringer som er mulig å observere under gitte forhold. Oppsettet for bakterieforsøket er som følger: En gruppe bakterier overføres til en flaske med vekstmedium. Dette repeteres ved faste tidsintervaller. På denne måten produserer vi en ?fossil? tidsserie av bakteriesamfunnene. Disse tidsseriene av bakteriesamfunnene kan analyseres ved å studere mikrosatellitt-markører som identifiserer bakterielle økotyper og hvordan disse økotypene endrer seg evolusjonært. Denne dynamikken modelleres samtidig matematisk som gjør det lettere å vurdere ulike evolusjonære scenarier. 'Samarbeidet' mellom de matematiske modellene og eksperimentene med bakteriesamfunn gjør det derfor mulig å teste ut hvilke typer interaksjoner som kan føre til Rød Dronning evolusjon. Oppsettet av det empiriske studiesystemet av bakteriesamfunn nærmer seg fullendt, noe som gjør at vi snart vil kunne estimere og studere endringer i hvordan bakteriekulturenes interaksjoner endrer (evolvere) seg over tid. Vi har nylig publisert et paper som undersøker de teoretiske forutsetningene for når evolusjonen vil fortsette, og når den vil stoppe opp. Et hovedfunn er at symmetriske interaksjoner vil føre til at evolusjonen stopper opp over tid. Men, symmetriske interaksjoner hører med til sjeldenhetene ute i naturen, og modellen viser tydelig at asymmetriske interaksjoner vil føre til kontinuerlig evolusjon.

It has long been recognized that both biotic and abiotic factors play an essential role in driving the evolutionary dynamics of a multispecies community. While acknowledging the importance of abiotic forces, Van Valen (1973) suggested in his 'Red Queen Hy pothesis' that biotic effects alone suffice to force species in a continued evolutionary race. Though long-standing, the validity of his hypothesis remains unclear. Adopting a Red Queen Perspective, the proposed project aims at evaluating Van Valen?s hypo thesis, and furthermore at increasing our understanding of the relative importance of abiotic and biotic forces on the evolutionary process as well as of their interplay. We will combine theory and experiment to address these questions. Mathematical model s will be developed that extend the theory of evolution within multispecies communities and that incorporate population dynamics, speciation and extinction. Multispecies microbial systems will be set up that allow us to track long-term ecological and evol utionary dynamics. Knowledge gained in the empirical part of the project will influence the development of the theoretical work, and vice versa.