Published March 19, 2020 | Version v1
Publication Open

Eco-evolutionary significance of "loners"

  • 1. Princeton University
  • 2. Universidade Estadual Paulista (Unesp)
  • 3. Boston University
  • 4. Institut Pasteur

Description

Loners—individuals out of sync with a coordinated majority—occur frequently in nature. Are loners incidental byproducts of large-scale coordination attempts, or are they part of a mosaic of life-history strategies? Here, we provide empirical evidence of naturally occurring heritable variation in loner behavior in the model social amoeba Dictyostelium discoideum. We propose that Dictyostelium loners—cells that do not join the multicellular life stage—arise from a dynamic population-partitioning process, the result of each cell making a stochastic, signal-based decision. We find evidence that this imperfectly synchronized multicellular development is affected by both abiotic (environmental porosity) and biotic (signaling) factors. Finally, we predict theoretically that when a pair of strains differing in their partitioning behavior coaggregate, cross-signaling impacts slime-mold diversity across spatiotemporal scales. Our findings suggest that loners could be critical to understanding collective and social behaviors, multicellular development, and ecological dynamics in D. discoideum. More broadly, across taxa, imperfect coordination of collective behaviors might be adaptive by enabling diversification of life-history strategies.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يحدث المنعزلون - الأفراد غير المتزامنين مع أغلبية منسقة - بشكل متكرر في الطبيعة. هل المنعزلون منتجات ثانوية عرضية لمحاولات التنسيق واسعة النطاق، أم أنهم جزء من فسيفساء من استراتيجيات تاريخ الحياة ؟ نقدم هنا دليلًا تجريبيًا على الاختلاف الوراثي الذي يحدث بشكل طبيعي في سلوك الشخص الوحيد في نموذج الأميبا الاجتماعية Dictyostelium discoideum. نقترح أن تنشأ خلايا Dictyostelium المنعزلة - الخلايا التي لا تنضم إلى مرحلة الحياة متعددة الخلايا - من عملية تقسيم سكاني ديناميكية، نتيجة لاتخاذ كل خلية قرارًا عشوائيًا قائمًا على الإشارة. نجد دليلاً على أن هذا التطور متعدد الخلايا المتزامن بشكل غير كامل يتأثر بكل من العوامل اللاأحيائية (المسامية البيئية) والحيوية (الإشارات). أخيرًا، نتوقع نظريًا أنه عندما يتجمع زوج من السلالات المختلفة في سلوك التقسيم، فإن الإشارات المتقاطعة تؤثر على تنوع عفن الوحل عبر المقاييس الزمانية المكانية. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن المنعزلين يمكن أن يكونوا حاسمين في فهم السلوكيات الجماعية والاجتماعية، والتنمية متعددة الخلايا، والديناميكيات البيئية في الديسكوديوم. على نطاق أوسع، عبر الأصناف، قد يكون التنسيق غير الكامل للسلوكيات الجماعية قابلاً للتكيف من خلال تمكين تنويع استراتيجيات تاريخ الحياة.

Translated Description (French)

Les solitaires - des individus désynchronisés avec une majorité coordonnée - se produisent fréquemment dans la nature. Les solitaires sont-ils des sous-produits accessoires de tentatives de coordination à grande échelle, ou font-ils partie d'une mosaïque de stratégies de cycle de vie ? Ici, nous fournissons des preuves empiriques de la variation héréditaire naturelle du comportement solitaire chez l'amibe sociale modèle Dictyostelium discoideum. Nous proposons que les cellules Dictyostelium solitaires - qui ne rejoignent pas l'étape de vie multicellulaire - émergent d'un processus dynamique de partitionnement de la population, le résultat de chaque cellule prenant une décision stochastique basée sur le signal. Nous trouvons des preuves que ce développement multicellulaire imparfaitement synchronisé est affecté à la fois par des facteurs abiotiques (porosité environnementale) et biotiques (signalisation). Enfin, nous prédisons théoriquement que lorsqu'une paire de souches différant par leur comportement de partitionnement coagulent, la signalisation croisée impacte la diversité des moisissures visqueuses à travers les échelles spatio-temporelles. Nos résultats suggèrent que les solitaires pourraient être essentiels à la compréhension des comportements collectifs et sociaux, du développement multicellulaire et de la dynamique écologique chez D. discoideum. Plus généralement, à travers les taxons, une coordination imparfaite des comportements collectifs pourrait être adaptative en permettant la diversification des stratégies de cycle de vie.

Translated Description (Spanish)

Los solitarios, individuos fuera de sincronía con una mayoría coordinada, ocurren con frecuencia en la naturaleza. ¿Son los solitarios subproductos incidentales de intentos de coordinación a gran escala, o son parte de un mosaico de estrategias de historia de vida? Aquí, proporcionamos evidencia empírica de la variación hereditaria natural en el comportamiento solitario en la ameba social modelo Dictyostelium discoideum. Proponemos que las células solitarias de Dictyostelium, células que no se unen a la etapa de vida multicelular, surgen de un proceso dinámico de partición de la población, el resultado de que cada célula toma una decisión estocástica basada en señales. Encontramos evidencia de que este desarrollo multicelular imperfectamente sincronizado se ve afectado tanto por factores abióticos (porosidad ambiental) como bióticos (señalización). Finalmente, predecimos teóricamente que cuando un par de cepas que difieren en su comportamiento de partición se coagregue, la señalización cruzada afecta la diversidad de limo y moho en todas las escalas espaciotemporales. Nuestros hallazgos sugieren que los solitarios podrían ser fundamentales para comprender los comportamientos colectivos y sociales, el desarrollo multicelular y la dinámica ecológica en D. discoideum. En términos más generales, en todos los taxones, la coordinación imperfecta de los comportamientos colectivos podría ser adaptativa al permitir la diversificación de las estrategias de la historia de vida.

Files

journal.pbio.3000642&type=printable.pdf

Files (2.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:59ccb124bf6fc93d4e6ae9fb09575960
2.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الأهمية التطورية البيئية لـ "المنعزلين"
Translated title (French)
Importance éco-évolutionnaire des « solitaires »
Translated title (Spanish)
Importancia ecoevolutiva de los "solitarios"

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3012061305
DOI
10.1371/journal.pbio.3000642

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W148893999
  • https://openalex.org/W1509255720
  • https://openalex.org/W1525348815
  • https://openalex.org/W1530211041
  • https://openalex.org/W1563241424
  • https://openalex.org/W1962196811
  • https://openalex.org/W1968784392
  • https://openalex.org/W1973358583
  • https://openalex.org/W1978913809
  • https://openalex.org/W1986190311
  • https://openalex.org/W1996032072
  • https://openalex.org/W2001165708
  • https://openalex.org/W2002266200
  • https://openalex.org/W2002760165
  • https://openalex.org/W2004802903
  • https://openalex.org/W2019410556
  • https://openalex.org/W2020402841
  • https://openalex.org/W2027646695
  • https://openalex.org/W2033144278
  • https://openalex.org/W2034720620
  • https://openalex.org/W2037477418
  • https://openalex.org/W2042892258
  • https://openalex.org/W2043291304
  • https://openalex.org/W2050270315
  • https://openalex.org/W2073347220
  • https://openalex.org/W2098499600
  • https://openalex.org/W2103341633
  • https://openalex.org/W2107842397
  • https://openalex.org/W2108877607
  • https://openalex.org/W2116549060
  • https://openalex.org/W2130420151
  • https://openalex.org/W2132279873
  • https://openalex.org/W2136186605
  • https://openalex.org/W2151136700
  • https://openalex.org/W2151350478
  • https://openalex.org/W2154768530
  • https://openalex.org/W2156767601
  • https://openalex.org/W2159137764
  • https://openalex.org/W2169098832
  • https://openalex.org/W2170062582
  • https://openalex.org/W2177680178
  • https://openalex.org/W2178540528
  • https://openalex.org/W2305849031
  • https://openalex.org/W2468574780
  • https://openalex.org/W2469438917
  • https://openalex.org/W2516137114
  • https://openalex.org/W2791364999
  • https://openalex.org/W2800725182
  • https://openalex.org/W2892807333
  • https://openalex.org/W2953292589
  • https://openalex.org/W4206239322
  • https://openalex.org/W4235939753
  • https://openalex.org/W4251612499
  • https://openalex.org/W4298065023
  • https://openalex.org/W600717923
  • https://openalex.org/W619953506