11月7日，《天然》（Nature）杂志以长文方式宣布了中国科学院深圳先进技术研讨院、深圳组成生物学立异研讨院研讨员刘陈立试验室和加州大学圣地亚哥分校教授华泰立试验室的协作效果《空间扩展生境定植的进化安稳性战略》(An evolutionarily stable strategy to colonize spatially extended habitats)。该研讨将空间定植、试验性进化与组成生物技术结合起来，研讨物种空间定植的最优战略。研讨发现关于空间定植，并不是搬迁速率越快的种群越有优势，过快的搬迁速率会使种群变得不安稳，简略被搬迁速率小的种群所侵略，种群在不同巨细生境的定植，都对应着一个最优的迁徙和成长战略。
研讨团队经过一个简略的数学联系，总结了细菌经过平衡成长和运动的进化战略来完成空间上的散布多样性规则，该效果关于构建安稳的组成多细胞体系、解说均质环境下怎么坚持生物多样性、或猜测物种搬迁定植的最优战略等问题供给了理论辅导。该文章是深圳先进院榜首篇榜首作者和最终通讯作者单位文章。
首要，作者构建了细菌在软琼脂平板上迁徙的试验性进化体系（图1a）。简略来说，将细菌接种在软琼脂上，细菌在不断向外搬迁扩张的一起会有部分细菌留传定植下来，搬迁前缘的细菌逐步布满整板，一起搬迁后方留传定植下来的细菌成长至养分耗费殆尽。之后挑取不同方位的细菌，别离转接到新鲜预备的软琼脂上，搬迁成长至整板后，别离从这些平板上挑取之前相同方位的细菌转接至新鲜预备的软琼脂平板上，重复上述过程。
细菌集体的搬迁速率的改动呈发散状改动，能够在远处定植的细菌的搬迁速率变大，而挨近中心定植的细菌的搬迁速率变小（图1b）。搬迁速率变小这一现象出乎研讨人员的预料。从直觉上讲，种群经过迁徙扩张取得养分或新的生计环境，快速的迁徙扩张好像对物种的定植有利。那为什么试验上会呈现搬迁速率不断进化变慢的状况呢？进一步剖析这个改动趋势，作者意识到空间上存在一个十分特别的方位（约15mm）。每次在这个方位定植的细菌，搬迁速率没有改动。换一句话说，便是这个方位定植的细菌在进化上是安稳的。
其次，作者剖析不同搬迁速率菌株独自在软琼脂平板上搬迁的动力学特征，成果显现遗传均一种群独自搬迁扩张时，确实是搬迁速率快的菌株具有绝对优势。但是，遗传不均一的两个种群（表型上搬迁速率不同）一起搬迁扩张时，空间上存在一个转折点dx，该处快慢两者适应性相同，在转折点以外的空间搬迁速率快的占有优势，在转折点以内的空间搬迁速率慢的占有优势（图2a,2b），这说明种群在不同方位的适应性依赖于其它种群的存在。经过不同进化骤变菌株与野生型菌株的两两竞赛试验和数学模型模拟猜测这一竞赛性成长搬迁现象具有普遍性（图2c,2d）。
作者接着使用组成生物技术构建了两个负反馈调控菌株。这两个组成菌株能够在各自诱导剂操控下，线性改动搬迁速率，而坚持其它生理参数不变（图3a,3b）。使用这两个遗传布景“洁净”菌株的两两竞赛试验验证了竞赛性成长搬迁模型，解说了转折点的发生机制，并且这与试验记录到的两菌竞赛性搬迁的动力学特征相吻合（图3c）。
当两菌竞赛扩展到三个菌之间的竞赛时(图4)，成果显现三菌竞赛会构成两个转折点，除了速度大的在外边占优势、速度慢的在里面占有优势外，中心还夹着一个空间区域，中心速度的菌在此区域内占优势。
假如快菌、慢菌的搬迁速率无限挨近中心菌株的搬迁速率时，中心区域会逐步被揉捏成一个点，中心速度菌株在该方位处占有优势且不会被其它速度的菌株侵略，因而能够推出每个空间方位都对应着一个能在此定植的安稳搬迁速率。经过模型拟合不同搬迁速率菌两两竞赛的适应性景象（图5a）。适应性景象中每个生计域/方位都对应一个安稳的平衡点（即最佳搬迁速率），具有最佳搬迁速率的种群不会被搬迁速率更大或更小的种群侵略（图5c），而这个最佳搬迁速率与生计域的巨细成线性联系，这个线性联系的斜率由成长速率决议(图5b)。进一步的进化试验成果验证了该定量规则。
根据该定量规则，很简略估测出，只需操控好搬迁速率和成长速率，就能够让不同细胞有序且安稳地散布在空间不同区域。为了验证该估测，作者构建了5株不同搬迁速率的菌株。进一步试验标明，5株菌株从空间中心成长、增殖和搬迁，自发性地定植在空间上不同区域（图6）。
这篇文章中提醒的定量规则，一方面能够辅导组成生物学研讨者规划构建多细胞种群的空间有序结构，另一方面也能够启示生态进化学者关于均一环境下的种群共存等问题的考虑。中科院院士赵国屏和欧阳颀别离给予高度评价。
该研讨遭到中科院定量工程生物学要点试验室、基金委严重方案、中科院先导专项、深圳组成生物学立异研讨院项目等的支撑。
图1. 细菌集体迁徙进化试验
图2. 细菌竞赛性搬迁散布的普遍性规则
图3. 组成生物改造菌株验证竞赛性搬迁散布规则
图4. 三个进化骤变菌的空间散布
图5. 细菌空间搬迁定植的定量规则
图6. 组成生物改造菌株验证空间多种群共存的理论猜测
来历：中国科学院深圳先进技术研讨院
