指数增长微生物种群中适应度与异质性之间的关系

尽管存在重大的环境与遗传差异，已知微生物代谢网络能在差异极大的生物体中产生一致的生理结果。这种显著的鲁棒性表明，至少在细菌中，代谢活动可能受普适原理引导。对进化动机目标函数（如生长速率）的约束优化已成为研究细菌代谢的关键理论假设。尽管在许多情况下在概念上和实践上有用，但某些函数被优化的观点难以在数据中验证。此外，如何使最优性与微生物种群实验中观察到的高度单细胞变异性相协调，也并不总是清楚的。为阐明这些问题，我们开发了一个逆建模框架，通过从数据中对代谢表型分布进行最大熵推断，将细胞种群的适应度（由平均单细胞生长速率表示）与潜在的代谢变异性联系起来。虽然未出现明确的目标函数，但我们发现，随着培养基变丰富，大肠杆菌种群的适应度与推断变异性遵循并在缓慢接近由给定适应度下最小变异性缩减所定义的理论最优边界。这些结果表明，细菌代谢可能关键地由生长与异质性之间种群水平的权衡所塑造。