Evolução da cooperação, metabolismo e sua relação com a emergência da multicelularidade

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: FERNÁNDEZ DÍAZ, Jorge Lenin
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPE
dARK ID: ark:/64986/001300000vr5p
Texto Completo: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/29343
Resumo: O surgimento e evolução da vida na sua forma multicelular tem sido um tema de grande interesse na biologia evolucionária. Evidências sugerem que a emergência da multicelularidade tem intrínseca relação com o aparecimento de um modo de metabolismo mais eficiente, que hoje conhecemos por respiração. A existência de um tradeoff, já bem estabelecido, entre taxa de consumo de recursos e eficiência na geração de energia, leva este problema a ser amplamente debatido no âmbito da teoria de jogos evolucionários. É crucial compreender que mecanismos evolucionários contribuíram para que este modo eficiente de metabolismo pudesse se estabelecer em um cenário de competição com estirpes ineficientes, porém com maior taxa de crescimento. De forma a endereçar esta questão aqui propomos uma modelagem baseada em recursos, onde se é estudado o papel da estruturação como força propulsora para a fixação do modo eficiente de metabolismo. Através de simulações computacionais extensivas, como também de uma análise evolucionária invasiva, demonstramos que a estruturação em grupos pode de fato ter desempenhado papel fundamental na fixação do metabolismo eficiente em seus estágios iniciais. Posteriormente, estudamos a existência de mecanismos adicionais que pudessem permitir a coexistência entre estratégias metabólicas distintas, como observado em algumas populações naturais atualmente. E por fim, endereçamos a questão da evolução da complexidade, que é posterior ao surgimento da multicelularidade. Neste estudo, onde o tamanho de grupo foi utilizado como uma proxy para complexidade, analisamos as condições necessárias para a formação de grupos maiores, em uma abordagem que assume transferência de fitness do nível celular para o nível superior de organização biológica (grupo).
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De forma a endereçar esta questão aqui propomos uma modelagem baseada em recursos, onde se é estudado o papel da estruturação como força propulsora para a fixação do modo eficiente de metabolismo. Através de simulações computacionais extensivas, como também de uma análise evolucionária invasiva, demonstramos que a estruturação em grupos pode de fato ter desempenhado papel fundamental na fixação do metabolismo eficiente em seus estágios iniciais. Posteriormente, estudamos a existência de mecanismos adicionais que pudessem permitir a coexistência entre estratégias metabólicas distintas, como observado em algumas populações naturais atualmente. E por fim, endereçamos a questão da evolução da complexidade, que é posterior ao surgimento da multicelularidade. Neste estudo, onde o tamanho de grupo foi utilizado como uma proxy para complexidade, analisamos as condições necessárias para a formação de grupos maiores, em uma abordagem que assume transferência de fitness do nível celular para o nível superior de organização biológica (grupo).FACEPEThe emergence and evolution of life in its multicellular form have been an issue of intense debate in evolutionary biology. Evidence suggests that the emergence of multicellularity is correlated with the appearance of an efficient mode of metabolism, dubbed as respiration. The existence of a well-established tradeoff between resource uptake rate and yield, led this problem to be widely discussed within the framework of the evolutionary game theory. The present study aims to identify evolutionary mechanisms that can contribute to the establishment of efficient metabolism mode when in competition with inefficient strains, which are those that can achieve higher growth rates. In order to address this issue, we propose a resource-based modelling, where the role of structuring as a driving force for promoting the efficient strain is addressed. Through extensive computer simulations, as well an invasive evolutionary analysis, we have demonstrated that group structuring may indeed have played a key role in the establishment of the efficient metabolism in the earlier stages of its appearance. Subsequently, we study the existence of additional mechanisms that can allow the coexistence between distinct metabolic strategies, as observed in some natural populations, even in the absence of any degree of structuring. And finally, we address a subsequent step of the emergence of multicellularity, which is the evolution of complexity. In the study, the size of groups is used as a proxy for complexity, and the conditions required for the formation of larger groups are surveyed. The approach assumes the existence of a fitness transfer from the individual level (cell level) to the higher level of biological organization (group).porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em FisicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFísica EstatísticaDinâmica EvolutivaMulticelularidadeEvolução da cooperação, metabolismo e sua relação com a emergência da multicelularidadeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETHUMBNAILTESE Jorge Lenin Fernandez Diaz.pdf.jpgTESE Jorge Lenin Fernandez Diaz.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1410https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/29343/5/TESE%20Jorge%20Lenin%20Fernandez%20Diaz.pdf.jpg270bbc6d7462041873f38da87e16e154MD55ORIGINALTESE Jorge Lenin Fernandez Diaz.pdfTESE Jorge Lenin Fernandez Diaz.pdfapplication/pdf3796193https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/29343/1/TESE%20Jorge%20Lenin%20Fernandez%20Diaz.pdf2f051325a22ad86ed9a1d6568133365cMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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