Há muito se pensa que a variabilidade dentro de uma população é a chave para seu crescimento e sobrevivência, mas novas pesquisas questionam essa suposição.

Ariel Amir, Professor Assistente em Matemática Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson, e Jie Lin, George Carrier Postdoctoral Fellow in Applied Mathematics, descobriram que em um ambiente imutável, a variabilidade pode, na verdade, diminuir o crescimento populacional em organismos unicelulares.

"Por décadas, pesquisadores têm olhado para o indicador errado para entender a taxa de crescimento populacional em organismos unicelulares em ambientes fixos, "disse Amir." Os pesquisadores assumiram que a variabilidade no tempo entre o nascimento e a divisão de uma célula era a chave para medir a taxa de crescimento da população, mas descobrimos que as pressões evolutivas sobre a variabilidade dentro de uma população são muito mais sutis do que se pensava. "

Esse insight é importante para caracterizar a aptidão de uma população, o que é útil, por exemplo, na compreensão de como as bactérias respondem aos antibióticos. A pesquisa é publicada em Sistemas Celulares .

A variabilidade em organismos unicelulares é caracterizada por diferenças no tempo de geração - o tempo desde o nascimento até a divisão - e diferenças na taxa de crescimento da biomassa celular. Uma pesquisa seminal na década de 1950 descobriu que as variações no tempo de geração - o tempo que leva do nascimento à divisão - levam a uma taxa de crescimento populacional maior quando o ambiente é imutável. Contudo, os pesquisadores presumiram que o tempo de geração era aleatório e independente da célula mãe para a filha.

Mas agora sabemos que não é o caso. Em 2014 e 2015, Amir e sua equipe demonstraram que o volume celular e o tempo de interdivisão estão correlacionados entre gerações, e quantificou essas correlações. Se uma célula-mãe cresce por mais tempo do que a média, por exemplo, então, uma célula filha teria que crescer por um tempo menor do que a média para compensar.

"Não importa o quão pequenas sejam essas correlações, eles mudam profundamente o resultado de como a variabilidade muda o crescimento da população, "disse Lin.

Lin e Amir descobriram que a variabilidade na taxa de crescimento da biomassa de uma única célula - não no tempo de geração - afeta o tamanho da população. Como resultado, a baixa variabilidade da taxa de crescimento celular leva a um aumento no crescimento populacional.

"Evolutivamente, se você deseja otimizar sua taxa de crescimento populacional, você deseja minimizar a variabilidade da sua taxa de crescimento celular, "Amir disse." Descobrimos que as flutuações do tempo de geração não importam. Você pode ter divisões que variam muito. Contanto que sua biomassa sempre aumente na mesma taxa, sua população continuará a crescer na mesma taxa. De forma similar, os detalhes do mecanismo de controle do tamanho da célula não importam - contanto que exista - que é a diferença entre nossa análise e o trabalho anterior. "

Isso também pode ser visto experimentalmente. Os pesquisadores observaram que as flutuações da taxa de crescimento em E. coli são menores do que as flutuações no tempo de geração - em alguns casos 6% de variação da taxa de crescimento em comparação com a variabilidade de 20 a 30% no tempo de geração - e que a taxa de crescimento populacional era consistente com as previsões teóricas .

"Isso mostra que o controle do tamanho das células deve ser levado em consideração no crescimento da população e essas correlações sutis que a priori podem parecer inócuas são realmente muito importantes, "disse Amir.