Department of Plant Systematics, Ecology and Theoretical Biology (Eötvös Loránd University)
Participants
Könnyű, Balázs
Starting date
2007-07-01
Closing date
2011-12-31
Funding (in million HUF)
7.146
FTE (full time equivalent)
2.67
state
closed project
Summary in Hungarian
Pályázatunkkal a címben megjelölt két nagy témakörben korábban megkezdett, sikeres elméleti kutatásaink folytatására teszünk javaslatot. A két témakört a közös, általános szinten a kooperáció evolúciójával kapcsolatos kérdésfelvetés, az evolúciós-ökológiai közelítésmód, valamint a közös modellezési metodológia kapcsolja össze. Kidolgozandó modelljeink mindegyike evolúcióképes, tehát szaporodó, mutábilis, környezet által szelektált „egyedek” (replikátor makromolekulák, ill. baktériumok) populációinak evolúciós változásait követi: a prebiotikus, ill.a bakteriális evolúció elképzelhető irányainak valószínűségét, plauzibilitását vizsgáljuk adott feltevések mellett. Prebiotikus evolúciós modelljeink természetes módon kapcsolódnak az élet keletkezésével kapcsolatos egyik nevezetes evolúcióbiológiai paradoxon (az ún. Eigen-paradoxon – ld. alább) problémaköréhez – korábbi eredményeinkre alapozva, azokat továbbfejlesztve a paradoxon egy lehetséges feloldását célozzák. A bakteriális kommunikáció az utóbbi évek egyik „sláger-témája” mind kísérleti, mind elméleti biológusok körében. Empirikus szempontból a közelmúltban felfedezett ún. quorum sensing (QS) rendszerek számtalan biokémiai változatának felderítése jelent kihívást, elméleti szempontból viszont a QS puszta léte szorul evolúciós magyarázatra – ezzel a magyarázattal mindmáig adós az elméleti kutatás. Ebben a témában is már megkezdett, eddig ígéretes részeredményeket produkáló kutatásainkat szeretnénk folytatni.
Summary
With the support of this grant we wish to continue our successful research on two major topics we have launched earlier. The two fields of research are connected through the common disciplinary framework of evolutionary ecology and the common methodology of spatiotemporal modelling. All the models we suggest to build are intended for studying evolutionary changes in evolvable (i.e., reproducing, mutable and selectable) populations of prebiotic macromolecules or microorganisms. We would focus on determining the plausibility and the probability of certain evolutionary scenarios under specific assumptions. Our models of prebiotic evolution would be naturally connected to the well-known paradox of the origin of life (called Eigen’s paradox). We wish to give a possible resolution to the paradox, based on our previous results. Bacterial communication is one of the focal topics for many of both empirical and theoretical biologists. On the empirical side, the mainstream of research is the exploration of the – recently discovered, yet by now infamous – quorum sensing (QS) systems with their innumerable biochemical realisations. For the theoretician, an acceptable evolutionary explanation to the sheer existence of QS systems is a challenge that has not been met so far. Also in this topic we wish to continue our line of previous research that has already produced promising results.
Final report
Results in Hungarian
A jelen OTKA-pályázati támogatás keretében elvégzett munkánkat 14 cikkben publikáltuk. Ezek közül 8 jelent meg rangos nemzetközi folyóiratokban, 3 az "Ökológia" címmel 2009-ben megjelent tankönyv fejezete, és 3 magyar nyelvű ismeretterjesztő cikk, amelyek közül kettő a Magyar Tudomány-ban, más tudományterületek szakértői számára, egy pedig a szélesebb közönség számára íródott. A kutatási program 3 alprogramra osztható, melyek közös foglalata részben koncepcionális, részben módszertani jellegű. Mindhárom al-téma közvetlenül az evolválódó entitások populációinak térbeli és időbeli dinamikájához kapcsolódik. Az említett entitások lehetnek prebiotikus replikátor-molekulák (az RNS-világ fajainak képviselői), ill. mikro- vagy makroorganizmusok. Kérdéseink ezek populációinak együttélési feltételeire, valamint a dinamikából következő (ko-)evolúciós viszonyaikra vonatkoznak, különböző tér- és időbeli léptékekben. Elméleti eredményeink némelyikét laboratóriumban teszteltük, ill. azok tesztelése folyamatban van.
Results in English
The results of our research supported by this OTKA project have been summarized in 14 papers, of which 8 are published in high-ranking international journals, 3 are textbook chapters and 3 are reviews of our work, intended either for the professional or the general public, in Hungarian. The project is divided into 3 sub-projects, the common framework of which is partly conceptual and partly methodological. All of the three sub-topics are directly related to the spatio-temporal dynamics of evolving entities which may be populations of either prebiotic replicators or of micro- and macroorganisms. Our questions are directed towards the possible coexistence of such entities on different spatial and temporal scales, and the possible (co-)evolution of their populations thereof. Some of our theoretical results have been (and are being) tested int he lab.
Könnyű, B., Czárán, T. and Szathmáry, E.: Prebiotic replicase evolution in a surface-bound metabolic system: parasites as a source of adaptive evolution., BMC Evolutionary Biology 2008, 8:267, doi:10.1186/1471-2148-8-267, 2008
Czárán, T. & Hoekstra, R.: A spatial model of the evolution of quorum sensing., Behavioral Ecology 18: 866-873., 2007
Czárán, T. & Hoekstra, R.: Microbial Communication, Cooperation and Cheating: Quorum Sensing Drives the Evolution of Cooperation in Bacteria, PLoS ONE 4(8): e6655. doi:10.1371/journal.pone.0006655, 2009
Branciamore, S., Czárán,T., Gallori, E. and Szathmáry, E.: The origin of life – chemical evolution of a metabolic system in a mineral honeycomb?, Journal of Molecular Evolution 69:458–469., 2009
Pásztor E., Botta-Dukát Z., Czárán T., Magyar G. & Meszéna G.: Darwini ökológia, Magyar Tudomány 170/12:1434-1443, 2009
Pásztor E., Botta-Dukát Z., Czárán T., Magyar G. & Meszéna G.: Darwini fajképződés és modern ökológia, Természet Világa 140/12: 51-55, 2009
31. Habets, M.G.J.L., T. Czárán, R.F. Hoekstra and J.A.G.M. de Visser: Spatial structure inhibits the rate of invasion of beneficial mutations in asexual populations, Proc. R. Soc. London B, 274: 2139-2143., 2007
Czárán T. & Hoekstra R.F.: Janus-headed communication promotes bacterial cooperation and cheating: Is quorum sensing useful against infections?, Virulence 1(5): 1-2, 2010
Czárán T.: Együttműködés, kommunikáció és csalás a mikrobák világában: A quorum sensing és a kooperáció együttes evolúciója baktériumokban, Magyar Tudomány 171/4: 396-406, 2010
Szabó, P., Czárán, T. and Szabó, Gy.: Competing associations in bacterial warfare with two toxins, Journal of Theoretical Biology 248: 736-744, 2007
Könnyű,B. & Czárán,T.: The Evolution of Enzyme Specificity in the Metabolic Replicator Model of Prebiotic Evolution, PLoS ONE 6(6): e20931. doi:10.1371/journal.pone.0020931, 2011
Kalapos, T., Czárán, T., Pásztor, E., Magyar, G., and Hahn, I.: A populációk növekedőképessége, In: Pásztor, E. & Oborny, B. (eds.): Ökológia. Nemzeti Tankönyvkiadó, 2008
Pásztor, E., Magyar, G., Czárán, T., Kun, A. & Meszéna, G.: Szabályozott populációnövekedés, In: Pásztor, E. & Oborny, B. (eds.): Ökológia. Nemzeti Tankönyvkiadó, 2008
Czárán, T. & Magyar, G.: Együttélés térben és időben, In: Pásztor, E. & Oborny, B. (eds.): Ökológia. Nemzeti Tankönyvkiadó, 2008
