Este vorba despre experimentul evoluției pe termen lung a Escherichia coli, experiment pornit de Richard Lenski, încă în derulare și pornit în 1988. Este un experiment ce urmărește modificările genetice în 12 populații aproape identice (și veți vedea de ce aproape) de E. coli. În februarie 2010 s-a ajuns la generația cu numărul 50.000.
Experimentul a fost gândit și pornit pentru a clarifica anumite aspecte ale biologiei evoluționare: cum variază rata evoluției în timp, dacă schimbările evoluționare sunt repetabile în populații separate, dar cu medii identice, precum și pentru a studia relația dintre evoluție la nivel fenotipic și genomic. Avantajele folosirii E. coli sunt timpul scurt al fiecărei generații și faptul că populații relativ mari pot fi studiate într-un timp scurt și într-un mod destul de facil. Bacteriile pot fi crio-conservate, creând astfel ceea ce Lenski a numit ”fosile înghețate” care pot fi ”înviate” oricând și folosite pentru a reporni vreo populație în cazul unei contaminări sau a altei probleme. Un alt mare (dar mare de tot) avantaj al E. coli a fost înmulțirea lor asexuată, fără conjugare bacteriană, fapt ce limitează studiul evoluției numai la mutațiile noi și permite unor markeri genetici să persiste.
Acum să trecem la ce au făcut oamenii ăștia deștepți de fapt: fiecare din cele 12 populații a fost ținută într-un incubator, cu același mediu de cultură (ce conținea nutrienți în cantitate minimă, fără aminoacizi și alte ”bonusuri”). În fiecare zi (din '88 încoace, absolut în fiecare zi), 1% din fiecare populație este transferat în noi recipiente, cu nou mediu de cultură. La fiecare 500 de generații (aproximativ 75 de zile), sunt înghețate probe. Fiecare populație este testată pentru diferite lucruri în mod regulat. Deoarece s-a trecut de 50.000 de generații, putem considera că bacteriile au suferit atât de multe mutații spontane (acel lucru aleator care e cuplat cu o supraviețuire non-întâmplătoare = evoluția) încât fiecare mutație punctiformă (deci a unei singure nucleotide) posibilă din genomul E. coli s-a produs de mai multe ori.
Linia inițială de E. coli, din care au fost derivate cele 12, avea anumite caracteristici genetice. Printre ele, Ara-, adica incapacitatea bacteriilor de a crește pe un mediu cu arabinoză. Înainte de începerea experimentului, Lenski a pregătit o variantă Ara+, adică una care ar putea crește pe un mediu cu arabinoză. Așadar cele 12 populații aproape identice erau de fapt 6 Ara- și 6 Ara+ (identice în rest), cele două putând fi astfel comparate între ele. Între timp markeri genetici unici au apărut în fiecare linie.
În primii ani ai experimentului, evoluția a urmat pași comuni în toate liniile: generații mai rapide, volume celulare mai mari, densități maxime ale populației mai mici, toate comparate cu linia inițială - după vreo 20.000 de generații, acestea au atins un platou. Toate liniile s-au specializat în metabolizarea glucozei (nutrientul de bază din mediul de cultură) și se putea observa o scădere a parametrilor de mai sus atunci când o parte din bacterii erau cultivate pe alte medii. Din cele 12 populații, în 4 au apărut defecte în mecanismul de reparare al ADN-ului, ceea ce a crescut rata mutațiilor în acele linii.
Deși se estimează că fiecare populație a trecut prin sute de milioane de mutații (nu apare câte o mutație într-o populație, ci una sau mai multe în fiecare individ al acelei populații) în primele 20.000 de generații, Lenski a estimat că doar între 10-20 de mutații pozitive (care aduceau un beneficiu) s-au fixat în fiecare populație, dintr-un total de (poate) 100, inclusiv neutre.
În 2008 însă, Lenski și colaboratorii săi au anunțat ceva senzațional. Am zis mai sus că bacteriile erau crescute pe medii sărace în nutrienți (bacteriile puteau folosi numai glucoza din mediu ca hrană). Eh, acele medii conțineau și alte ingrediente. Printre ele, citratul. Descoperirea senzațională a fost că bacteriile dintr-o linie au evoluat abilitatea de a folosi citratul din mediu ca sursă de energie. E. coli nu poate transporta citratul prin membrană (lucrul ăsta e folosit pentru a diferenția între E. coli și Salmonella). Cam pe la generația 33.127, a fost observată o creștere semnificativă a mărimii numărului de indivizi în una din populații. S-a descoperit că în această populație erau clone ce se puteau hrăni cu citratul din mediu.
Examinarea unor probe din generațiile anterioare (aici se cunoaște că experimentul a fost extraordinar de bine gândit și organizat) a arătat că indivizi ce creșteau pe citrat au apărut undeva între generațiile 31-31.500 (fiind exclusă o contaminare). Atunci când au ”înviat” probe și mai ”bătrâne”, după un număr de generații, au observat același lucru: apariția abilității de creștere pe citrat. Atunci când au mers însă la probe izolate înainte de generația 20.000 (a aceleiași linii), nu au mai văzut acest lucru.
Concluzia ce poate fi trasă de aici este că această evoluție a utilizării citratului a depins de o primă mutație (care a apărut undeva după generația 20.000), poate neutră, care a ”pregătit” această linie pentru o mutație ulterioară ce a permis utilizarea citratului ca hrană. A fost nevoie așadar de două mutații, neapărat în ordinea în care s-au produs, pentru acest efect.
Deși au fost sute de milioane de mutații în mii de miliarde de indivizi diferiți, doar un individ a suferit mutația inițială A, aceasta s-a fixat în linie, iar un al doilea individ, poate 10.000 de generații mai târziu a suferit mutația B care la rândul ei s-a fixat și a dus la această îmbunătățire.
Este un exemplu excelent de selecție naturală (supraviețuirea celui mai puternic pentru că atunci când bacteriile care se hrănesc numai cu glucoză, la terminarea ei, ating un platou în reproducere, pe când cele care se mai pot hrăni în continuare cu citrat se mai înmulțesc de câteva ori, până la dispariția celor care se hrănesc exclusiv cu glucoză).
Este de asemenea un exemplu excelent pentru a ilustra faptul că evoluția nu se bazează exclusiv pe șansă, ci pe selecția naturală. Evoluția de asemenea durează enorm de mult. Poate peste 500.000 de generații aceste 12 linii se vor abate atât de mult de la linia inițială încât vor putea fi considerate ca aparținând unor specii diferite. Și nu vorbim decât de bacterii, deci de timpi de generație foarte scurți.
Poate cel mai important lucru este acela că evoluția este o acumulare. Mutațiile pozitive se adună, de cele negative se scapă. Țineți asta în minte. Omul nu a apărut instantaneu, ci în ultimele 6-7 milioane de ani au apărut îmbunătățiri care s-au acumulat, rezultând în final Homo sapiens sapiens. Iar acest lucru este valabil pentru orice specie.
Mai jos puteți vedea recipientele în care au fost crescute liniile, iar în vasul din mijloc, cel tulbure, este linia ce se hrănește și cu citrat (este tulbure deoarece acolo sunt mai multe bacterii).
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu