弱运动细菌中的毒素介导竞争
种群与进化
2019-09-23 v3
摘要
许多细菌物种产生抑制其竞争者的毒素。我们通过将经典的两物种Lotka-Volterra竞争在一维空间中扩展以纳入一个物种的毒素产生来建模此现象。考虑由两个相邻单物种菌落组成的解，我们展示了毒素如何在两菌落界面附近抑制易感物种。此外，足够有效的毒素将易感物种抑制到如此程度，以至于形成分隔两菌落的“抑制区”。在真正非运动细菌（即细菌扩散率为零）的特殊情况下，我们推导出描述细菌分布与抑制区大小的解析表达式。在更一般的弱运动细菌（即小细菌扩散率）情况下，这些双菌落解变为行波。我们采用数值方法表明波速依赖于种间竞争与毒素强度；究竟哪个菌落以另一个为代价扩张取决于参数值的选择。特别地，足够有效的毒素允许生产者以易感者为代价扩张，其波速大小随毒素强度增加而存在上界。该渐近波速与种间竞争无关，并由于抑制区的形成；当菌落如此分隔时，两物种间不再有直接竞争，生产者可有效不受竞争者阻碍地入侵。我们注意到产生抑制区所需的最小毒素强度随细菌扩散率快速增加，表明即便是中等运动性细菌若要以这种方式获益也必须产生非常强的毒素。
引用
@article{arxiv.1903.04619,
title = {Toxin-mediated competition in weakly motile bacteria},
author = {Andrew D. Dean and Malcolm J. Horsburgh and Bakhti Vasiev},
journal= {arXiv preprint arXiv:1903.04619},
year = {2019}
}