E. Coli Tilbyder Indsigt I Evolution

{h1}

Richard lenski's to decades forsøg på e. Coli skildrer nyt lys på evolutionære processer.

Dette bag scenerne blev leveret til WordsSideKick.com i samarbejde med National Science Foundation.

Evolutionær biolog Richard Lenski tænker lejlighedsvis på sine 12 originale kolber af E. coli som eksperimentet, der fortsætter med at give.

Han og hans kolleger har nurtured disse prøver og deres afkom - 52.000 generationer og tæller - i mere end 23 år hver dag, uden tid for ferie eller weekender.

Med hensyn til generationer er det det længste løbende evolution eksperiment i historien, der giver utallige vigtige indsigter i, hvordan bakterier muterer og tilpasser sig over tid.

"Det har et eget liv," sagde Lenski om undersøgelsen, der begyndte i februar 1988. "Det er fantastisk, hvor kompliceret dette formodede enkle system har vist sig at være - det giver os altid overraskelser."

De 12 befolkninger bor i en inkubator i Lenskis laboratorium ved Michigan State University. Hver af de dusin flasker producerer omkring syv nye generationer hver 24. time. Hver dag tager forskerne en procent af hver population og overfører den til en kolbe frisk glukose, et vækstmedium. De tager også prøver hver 500 generationer og fryser dem til senere undersøgelse.

"Det hyggelige er, at du kan bringe dem tilbage til livet ved at optøne dem," sagde Lenski. "Da vi har denne frosne tidsserie, kan vi lave mange forskellige ting. Vi kan direkte sammenligne og endda konkurrere bakterier fra forskellige generationer. Vi kan direkte måle deres forbedringer i fitness. Vi kan sammenligne organismer, der levede på forskellige tidspunkter. kan virkelig lide rejsetid. "

Forsøget var designet til at spørge om gentagelsen af ​​evolutionen. "Hvis vi ser på spændingen mellem tilfældigheden af ​​mutation og forudsigeligheden af ​​det naturlige valg, hvordan går evolutionen ud, når du sætter de to sammen?" Lenski sagde. "Det er virkelig hvad dette langsigtede eksperiment har handlet om. I løbet af disse årtier har vi set alle slags interessante fænomener."

De har været i stand til at se mutationsraten selv udvikle sig, samt observere dramatiske forbedringer i bakteriens konkurrenceevne.

For nylig, for eksempel i arbejde, der blev rapporteret i et spørgsmål om videnskab tidligere i år, fandt forskerne, at en linje af E coli havde produceret to dominerende genotyper efter 500 generationer, en af ​​dem klart mere robust end den anden, vokser med en hastighed på seks procent hurtigere. Efter 1.000 generationer blev der dog kun en type tilbage.

Til forskernes overraskelse var det ikke den belastning, der tidligere var den stærkeste af de to - i stedet havde den oprindeligt svagere hersket. Hvad var der sket i de mellemliggende generationer? Hvordan lykkedes den "mindre passende" stamme at vinde?

Forskerne teoretiserede, at en af ​​to ting var sket. Enten var det heldigt held for den vindende stamme, "som en ufaglært pokerspiller, der fik en vindende hånd," sagde Lenski, eller belastningen var mere tilpasningsbar og havde undergået fordelagtige mutationer, der i sidste ende styrte den til langsigtet forbedring.

Dette forsøgs karakter gav forskerne mulighed for at gå tilbage i tiden og rekonstruere den evolutionære proces. Forskerne optøede nogle af de endelige vindere fra den 500. generation, og startede 20 nye linjer. De gjorde det samme med de eventuelle tabere. De lod alle de optøede bakterier reproducere i 883 generationer for at se igen, hvem der ville vinde - resultatet var normalt det samme. Skildpadden, mindre egnet på kort sigt, slår stadig hare.

"Vi havde sekventeret genomerne, vi vidste hvilke mutationer til sidst vandt, så vi ønskede at afspille lineages historier," Lenski sagde. "Det viser sig, at vores anden hypotese viste sig at være korrekt. Den belastning, der til sidst vandt, selv om den var mindre egnet i øjeblikket, havde mere fremtidigt potentiale, mere evolvabilitet."

I 2008 rapporterede de en anden vigtig tilpasning. En af deres 12 befolkninger havde udviklet evnen til at bruge en ny kulstofkilde, citrat, til energi - et talent, som dets forfader ikke havde.

Det tog mere end 30.000 generationer for den ene befolkning at kunne bruge citrat, bemærkelsesværdigt siden "hele arten af E coli er blevet defineret som ikke at kunne bruge den kuldioxid, "sagde Lenski. (Citrate long har været en standard ingrediens i vækstmediet" opskrift ", der blev brugt i Lenski-laboratoriet, selv om organismerne aldrig havde brugt det før.)

"Var det en sjælden mutation, der kunne have været tilfældet med nogen af ​​de 12 befolkninger, og til enhver tid? Eller var det en ophobning af hændelsen efter hændelsen, som fik denne befolkning til at komme på en anden bane fra de andre 11?" Lenski spørger. "En af mine kandidatstuderende, Zachary Blount, kiggede på 10 billioner forfædre celler fra den oprindelige forfader for alle 12 befolkninger for at se om de kunne udvikle denne evne til at bruge citrat. Ingen af ​​dem gjorde. Han viste det fra forfæderen din kunne ikke komme derhen, du kunne ikke lave en citrat-anvendende type, ved en enkelt mutation.

Men "det blev muligt i de senere generationer, da den genetiske kontekst var ændret på en måde, der tillod denne befolkning at producere denne mutation," tilføjer Lenski. "Sandsynligheden for at kunne gøre denne overgang ændret sig dramatisk i sammenhæng med denne befolknings historie.

dddEn anden kandidatstudent i laboratoriet, Brian Wade, har påbegyndt et spin-off-forsøg for at se, om bakterierne kan udvikle sig på en måde, der gør dem resistente over for udtørring. Dette kunne have vigtige konsekvenser for fødevarehåndtering siden de fleste E coli i dag "ville dø ganske hurtigt sidde på en tør tæller," sagde Lenski. "Han har kunnet vise, at han inden for et par måneder kan vælge E coli det er meget bedre at overleve dette stress end deres forfædre var. "

Gennem årene har de nummererede kolber i det oprindelige langvarige eksperiment udviklet deres egne "personligheder", siger Lenski, hvor nogle har højere mutationsrate end andre, der får dem til at udvikle sig anderledes. "Citratpopulationen er meget tættere, fordi de ikke kun får glukose, men de får også en anden hjælp."

For omkring ti år siden overvejede Lenski at afslutte eksperimentet, men blev talt ud af det af sine kolleger. "Da jeg begyndte at blive involveret i en computerbaseret forskning, blev jeg lidt træt af bakterierne," sagde han. "Det uendelige eksperiment var næsten som et åge omkring min hals. Men mine kolleger sagde:" Du kan ikke holde op. " Det var blevet for meget af en institution. Så nu er mit håb, at når jeg går på pension - i 10, 15 eller 20 år - kunne jeg arbejde sammen med en tidligere studerende eller videnskabelig samarbejdspartner for at bestå eksperimentet. ''

Forsøget har afholdt den lejlighedsvise strømfejl, inkubatorfejl og banket knust kolbe.

"Vi gør fejl, men det er skønheden at have frosne bakterier," sagde Lenski. "Når vi har ulykker, går vi tilbage til den sidste gang vi frøs dem, og fryserne har også sikkerhedskopier. Vi har aldrig tabt en fryser, vi har fået små skræmmende ting, men ting har altid været ude."

For yderligere oplysninger om Lenskis arbejde kan du se følgende video og læse Lenskis essay, "Evolution: Past, Present and Future."

Redaktørens note: Denne forskning blev støttet af National Science Foundation (NSF), det føderale agentur belastet med finansiering af grundlæggende forskning og uddannelse på tværs af alle områder inden for videnskab og teknik. Eventuelle udtalelser, konklusioner og konklusioner eller anbefalinger udtrykt i dette materiale er forfatterens og afspejler ikke nødvendigvis Nationale Videnskabsstiftelsens synspunkter. Se Bag scener arkivet.


Video Supplement: Dive Footage of the Vostok-Europe Anchar in Action.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com