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Ecological opportunity—the availability of open niche space to an evolving lineage—has long been thought to modulate the extent of adaptive diversification. Many microbial evolution experiments have confirmed that ecological opportunity drives diversification of initially homogeneous populations into communities of ecologically distinct sub-lineages (ecotypes). Interactions among ecotypes are crucial for both community function and the maintenance of the ecological diversity produced during adaptive diversification, however the factors influencing the evolution of these interactions remain unexplored. We assessed the influence of ecological opportunity on this process by studying communities of the bacterium Pseudomonas aeruginosa that were evolved in either nutritionally complex (COM) or simple (SIM) environments. We measured the net ecological interactions in these communities by comparing the cellular productivity and competitive fitness of whole communities from each environment to that of their component isolates in both complex and simple media. On average, COM communities had both higher productivity and fitness than their component isolates in complex media, indicating that the components of these communities share net positive interactions. The same was not true of SIM communities, which did not differ in either measure from their component isolates. Follow-up experiments revealed that high fitness in two COM communities was driven by rare variants (frequency < 0.1%) that secrete compounds during growth which inhibit PA14, the strain used as a common competitor for fitness assays. Taken together, our results suggest that environments with high levels of ecological opportunity drive diversification into ecotypes that share net positive ecological interactions. The strong effect of diversity on productivity and fitness we found in newly diversified communities has a number of implications for evolutionary ecology as well as the treatment of P. aeruginosa infections.

Inspired by Gould, who claimed life would be arriving at a different outcome each time it were allowed to run from the same beginning, I have attempted to determine the repeatability of the adaptive course of one Pseudomonas fluorescens lineage. In addition, my study aimed to establish whether the likelihood of parallel evolution of the two synonymous single-nucleotide substitutions was contingent upon a prior motility-impairing deletion or a prior increase in fitness. Further, the study was designed to provide empirical data addressing the long-standing question of the effect of starting fitness on the ensuing rate of adaptation. Although no exact replay of the initial evolutionary trajectory was observed, I have demonstrated that gtsB, but not gtsC gene, is likely to be a mutational hotspot under the low glucose with a recovery of two undescribed mutations in gtsB. My data are consistent with a notion that substitutions in gtsB may be contingent upon Δ35kB(fliJ-PFLU4466) motility-impairing deletion, but not the fitness increase associated with it. Finally, the features of the adaptive landscape of P. fluorescens in the minimal glucose provide languid support for Fisher’s hypothesis of a decrease in adaptation rate with the rise in the starting fitness. Taken together, these original results reinforce the non-negligible role of history in shaping the outcomes of biological evolution and call for caution in attempting a formulation of rigid predictive models of evolutionary change. Inspiré par les travaux de Stephen J. Gould qui affirmait que la vie sur terre arriverait à une forme différente si elle repartait à zéro, je présente ici mes travaux où je teste la reproductibilité du cours adaptatif d’une lignée expérimentale de Pseudomonas fluorescens. L’objectif de cette étude était de déterminer si la probabilité que deux mutations synonymes évoluent en parallèle est affectée par la présence d’une délétion affectant la motilité de la bactérie ou de l’augmentation de la valeur sélective de celle-ci. De plus, le design expérimental de cette étude permet de tester si la valeur sélective initiale d’une population affecte le taux d’adaptation de cette même population. Bien d’une reproductibilité exacte du cours adaptatif initial ne fut pas observée, je démontre que le gène gtsB est probablement un « hotspot »mutationnel permettant l’adaptation à de bas niveau de glucose, ayant trouvé deux mutations dans ce site; alors que le gène gtsC ne l’est pas. Mes données sont également conséquentes avec le fait que les mutation dans le gène gtsB dépendent de l’effet de la délétion Δ35kB(fliJ-PFLU4466) affectant la motilité de la bactérie, mais non de l’augmentation de la valeur sélective qui y est associée. Finalement, la forme du plateau adaptative associé à de bas niveaux de glucose chez P. fluorescens supporte l’hypothèse émise par Fisher qui stipule que le taux d’adaptation d’un organisme diminue avec la valeur sélective initiale qui y est associée. L’ensemble de ces résultats supporte le rôle non-négligeable de l’histoire de vie d’une population en ce qui attrait à l’évolution future de cette même population. Aussi, ces résultats appelle à la prudence quand vient le temps de formuler des modèles prédictifs des changements évolutifs d’une population.

Inspired by Gould, who claimed life would be arriving at a different outcome each time it were allowed to run from the same beginning, I have attempted to determine the repeatability of the adaptive course of one Pseudomonas fluorescens lineage. In addition, my study aimed to establish whether the likelihood of parallel evolution of the two synonymous single-nucleotide substitutions was contingent upon a prior motility-impairing deletion or a prior increase in fitness. Further, the study was designed to provide empirical data addressing the long-standing question of the effect of starting fitness on the ensuing rate of adaptation. Although no exact replay of the initial evolutionary trajectory was observed, I have demonstrated that gtsB, but not gtsC gene, is likely to be a mutational hotspot under the low glucose with a recovery of two undescribed mutations in gtsB. My data are consistent with a notion that substitutions in gtsB may be contingent upon Δ35kB(fliJ-PFLU4466) motility-impairing deletion, but not the fitness increase associated with it. Finally, the features of the adaptive landscape of P. fluorescens in the minimal glucose provide languid support for Fisher’s hypothesis of a decrease in adaptation rate with the rise in the starting fitness. Taken together, these original results reinforce the non-negligible role of history in shaping the outcomes of biological evolution and call for caution in attempting a formulation of rigid predictive models of evolutionary change. Inspiré par les travaux de Stephen J. Gould qui affirmait que la vie sur terre arriverait à une forme différente si elle repartait à zéro, je présente ici mes travaux où je teste la reproductibilité du cours adaptatif d’une lignée expérimentale de Pseudomonas fluorescens. L’objectif de cette étude était de déterminer si la probabilité que deux mutations synonymes évoluent en parallèle est affectée par la présence d’une délétion affectant la motilité de la bactérie ou de l’augmentation de la valeur sélective de celle-ci. De plus, le design expérimental de cette étude permet de tester si la valeur sélective initiale d’une population affecte le taux d’adaptation de cette même population. Bien d’une reproductibilité exacte du cours adaptatif initial ne fut pas observée, je démontre que le gène gtsB est probablement un « hotspot »mutationnel permettant l’adaptation à de bas niveau de glucose, ayant trouvé deux mutations dans ce site; alors que le gène gtsC ne l’est pas. Mes données sont également conséquentes avec le fait que les mutation dans le gène gtsB dépendent de l’effet de la délétion Δ35kB(fliJ-PFLU4466) affectant la motilité de la bactérie, mais non de l’augmentation de la valeur sélective qui y est associée. Finalement, la forme du plateau adaptative associé à de bas niveaux de glucose chez P. fluorescens supporte l’hypothèse émise par Fisher qui stipule que le taux d’adaptation d’un organisme diminue avec la valeur sélective initiale qui y est associée. L’ensemble de ces résultats supporte le rôle non-négligeable de l’histoire de vie d’une population en ce qui attrait à l’évolution future de cette même population. Aussi, ces résultats appelle à la prudence quand vient le temps de formuler des modèles prédictifs des changements évolutifs d’une population.