Микробиологи моделируют процесс эволюции с помощью «машины времени»
Москва, 13:50, 23 Окт 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
24 февраля 1988 года микробиолог Ричард Ленски засеял 12 колб с кишечной палочкой и поставил их на ночь при температуре 37C, но питательных веществ было только, чтобы расти до самого раннего утра. Каждый раз после этого ученый отбирал по 100 микролитров каждого бактериального раствора, помещал его в новую колбу со свежей культурой и оставлял новую колбу в шейкере в течение ночи. Каждые 75 дней около 500 бактериальных поколений поступало в морозильную камеру.
Условия эксперимента
Условия голодания являются сильным стимулом для эволюции. И эксперимент включает в себя собственную «машину времени» для отслеживания этой эволюции.
Главной технологией, обеспечивающей этот эксперимент, является морозильная камера на -80C. Она действует, по словам Ленского, как «машина времени». Морозильник содержит бактериальные культуры в состоянии приостановленной жизни. Когда они оттаивают, то полностью жизнеспособны, и их можно сравнить с более развитыми потомками. Аналогом может служить эволюция человечества в течение 50000 лет.
В эксперименте теперь участвуют 68113 поколений бактерий (приблизительно).
Результаты эксперимента
Бактерии поддерживались в одной и той же среде в течение эксперимента. Их источником пищи является точная доза глюкозы. Этот уменьшающийся запас пищи является единственным избирательным воздействием, которое испытывает бактерии.
Конкурентоспособность всех 12 культур со временем улучшилась. Клетки стали больше, чем в начале эксперимента, они более эффективно используют глюкозу и растут быстрее. Темпы «улучшения» снизились в течение эксперимента. И хотя скорость мутации замедлилась, она не прекратилась. Поэтому профессор Ленски делает вывод, что даже в их простой, относительно статической среде и даже после 68113 поколений все еще есть молекулярные «настройки», которые могут изменить бактерии.
Примерно через 20000 поколений одна из 12 культур развила способность выживать, потребляя цитрат в дополнение к глюкозе. Она осталась единственной из 12, кто разработал эту способность, и со временем стала менее способна справляться с глюкозой в качестве источника энергии. Поскольку способность метаболизировать цитрат является отличительной чертой E.coli, эти бактерии превратились в E. coli? Или это какой-то новый вид?
Шесть из 12 начальных популяций стали гипермутаторами. Они создали ранние мутации в генах, контролирующих восстановление ДНК, что позволило им получить больше мутаций в остальной части их геномов. Эти бактерии подвергаются приступам молекулярной эволюции, которые приводят к скачкам в их степени генетического разнообразия.
Остальные шесть групп бактерий являются немутаторами, которые накапливают мутации в гораздо более размеренном темпе. Штамм, который ест цитрат, начинался как немутатор, но как только он получил возможность использовать новый источник пищи, он начал мутировать быстрее, чтобы усовершенствовать свои новые способности.
Случайные стохастические мутации позволяют диверсифицировать виды. Но избирательное воздействие голода подталкивает их к одинаковости, заставляя их процветать в предельных условиях. 60000 поколений E. coli в морозильной камере Ричарда Ленски уже начали показывать, как эти противоборствующие силы формируют эволюцию. Кто знает, что откроют следующие 60000 поколений?
