Spatial exclusion leads to “tug-of-war” ecological dynamics between competing species within microchannels
Notice bibliographique
Résumé
Competition is ubiquitous in microbial communities, shaping both their spatial and temporal structure and composition. Classical minimal models of competition, such as the Moran model, have been employed in ecology and evolutionary biology to understand the role of fixation and invasion in the maintenance of population diversity. Informed by recent experimental studies of cellular competition in confined spaces, we extend the Moran model to incorporate mechanical interactions between cells that divide within the limited space of a one-dimensional open microchannel. The model characterizes the skewed collective growth of the cells dividing within the channel, causing cells to be expelled at the channel ends. The results of this spatial exclusion model differ significantly from those of its classical well-mixed counterpart. The mean time to fixation of a species is greatly accelerated, scaling logarithmically, rather than algebraically, with the system size, and fixation/extinction probability sharply depends on the species' initial fractional abundance. By contrast, successful takeovers by invasive species, whether through mutation or immigration, are substantially less likely than in the Moran model. We also find that the spatial exclusion tends to attenuate the effects of fitness differences on the fixation times and probabilities. We find that these effects arise from the combination of the quasi-neutral "tug-of-war" diffusion dynamics of the inter-species boundary around an unstable equipoise point and the quasi-deterministic avalanche dynamics away from the fixed point. These results, which can be tested in microfluidic monolayer devices, have implications for the maintenance of species diversity in dense bacterial and cellular ecosystems where spatial exclusion is central to the competition, such as in organized biofilms or intestinal crypts.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».