Ewolucja

Eksperyment Lenskiego – ewolucja długoterminowa


Eksperyment Lenskiego trwa już 30 lat

Dowód na teorię ewolucji

Richard Lenski od 30 lat prowadzi badania, co dzieje się z bakteriami Escherichia coli, które są  przechowywane w dogodnych warunkach. Eksperyment z bakteriami E.coli dowodzi, że nawet w najprostszym i najbardziej stabilnym środowisku będzie dochodzić do modyfikacji (ulepszeń) a tym samy stanowi jeden z dowodów na teorię ewolucji.

Doktor Lenski wraz zespołem rozpoczął swój słynny eksperyment 24 lutego 1988 roku. Umieścił wówczas w 12 kolbach bakterie E. coli. Kolby zostały umieszczone we wstrząsarce i pozostawione na noc w temperaturze 37 stopni Celsjusza. Miały zapewnioną do rana wystarczającą ilość pożywki.

Eksperyment ewolucji długoterminowej

W trakcie eksperymentu Lenski i jego współpracownicy opisali szeroki wachlarz fenotypowych i genotypowych zmian w rozwijających się populacjach. Obejmowały one zmiany, które zaszły we wszystkich 12 populacjach i innych, które pojawiły się tylko w jednej lub kilku populacjach.

Na przykład wszystkie 12 populacji wykazało podobny wzór szybkiej poprawy sprawności, która z czasem ulegała spowolnieniu, szybszemu wzrostowi i zwiększonej wielkości komórek.

Połowa populacji rozwinęła defekty naprawy DNA, które spowodowały fenotypy mutacji oznaczone przez podwyższone wskaźniki mutacji.

Żywienie kwasem cytrynowym

Najbardziej uderzającą dotychczas adaptacją jest zdolność żywienia się kwasem cytrynowym, która jest niezwykła w E. coli. Zdolność ta pojawiła się w jednej z populacji pomiędzy pokoleniami 31 000 i 31 500.

Podejście eksperymentalne

Eksperyment ewolucji długoterminowej został zaprojektowany jako otwarty środek empirycznego badania centralnych cech ewolucji . Eksperyment rozpoczął się trzema głównymi celami:

  1. Zbadanie dynamiki ewolucji, w tym tempa zmian ewolucyjnych.
  2. Zbadanie powtarzalności ewolucji.
  3. Zrozumienie związku między zmianą na poziomie fenotypowym i genotypowym.

W miarę kontynuowania eksperymentu jego zakres wzrastał wraz z pojawieniem się nowych pytań w biologii ewolucyjnej, które można wykorzystać, aby rozwiązać ten problem, ponieważ ewolucja populacji przedstawiła nowe zjawiska, które należy zbadać, a wraz z rozwojem technologii i technik metodologicznych stało się to możliwe.

Dlaczego bakterie E. coli?

Zastosowanie E. coli jako organizmu doświadczalnego umożliwiło badanie wielu pokoleń i dużych populacji w stosunkowo krótkim czasie. Ponadto, z powodu długiego stosowania E. coli jako podstawowego organizmu modelowego w biologii molekularnej, dostępna była szeroka gama narzędzi, protokołów i procedur do badania zmian na poziomie genetycznym, fenotypowym i fizjologicznym.

Bakterie mogą być również zamrożone i zakonserwowane, zachowując żywotność. Pozwoliło to na stworzenie tego, co Lenski opisuje jako „zamrożony zapis kopalny” próbek ewoluujących populacji, które można ożywić w dowolnym momencie. Ten zamrożony zapis kopalny pozwala ponownie uruchomić populacje w przypadku skażenia lub innych zakłóceń w doświadczeniu i pozwala na izolację i porównanie żywych wzorców klonów przodków i ewoluowanych.

Metoda badawcza

12 populacji utrzymuje się w inkubatorze w temperaturze 37 °C w laboratorium Lenskiego w Michigan State University. Każdego dnia 1% każdej populacji przenosi się do kolby ze świeżą pożywką wzrostową DM25. Rozcieńczenie oznacza, że ​​każda populacja doświadcza 6,64 pokolenia lub podwojenie każdego dnia. Duże, reprezentatywne próbki każdej populacji są zamrożone z glicerolem jako krioprotektantem w odstępach 500-generacji (75-dniowych). Bakterie w tych próbkach pozostają żywe i można je ożywić w dowolnym momencie. Ten zbiór próbek jest określany jako „zamrożony zapis kopalny” i przedstawia historię rozwoju każdej populacji podczas całego eksperymentu. Populacje są również regularnie badane pod kątem zmian średniej sprawności, regularnie przeprowadzane są dodatkowe eksperymenty w celu zbadania interesujących zmian w populacjach. Do kwietnia 2016 r. populacje E. coli były badane przez ponad 64 500 pokoleń i uważa się, że przeszły wystarczająco spontaniczne mutacje, że każda możliwa mutacja jednopunktowa w genomie E. coli wystąpiła wiele razy.

Eksperyment Lenskiego – notatki Richarda Lenskiego

Ewolucja genomu

Spośród 12 populacji, do tej pory stwierdzono, że u sześciu rozwinęły się defekty ich zdolności do naprawy DNA , znacznie zwiększając wskaźnik mutacji u tych szczepów. Chociaż uważa się, że bakterie w każdej populacji wygenerowały setki milionów mutacji w ciągu pierwszych 20 000 pokoleń, Lenski oszacował, że w tym okresie czasu tylko 10 do 20 korzystnych mutacji osiągnęło utrwalenie w każdym z nich.

Wyniki eksperymentu

Wiele analiz tego eksperymentu dotyczyło tego, jak zmieniła się sprawność populacji w stosunku do ich przodków. Wszystkie populacje wykazywały wzorzec gwałtownego wzrostu względnej sprawności podczas wczesnych pokoleń, przy czym wzrost ten zwalniał wraz z upływem czasu. Do 20 000 pokoleń populacje rosły o około 70% szybciej niż szczep przodków.

Wyniki badań sugerują, że w przeciwieństwie do wcześniejszego myślenia, adaptacja i adaptacyjne rozbieżności mogą potencjalnie wzrastać w nieskończoność, nawet w stałym środowisku

Źródła:

  • The Lenski Lab Long Term Evolu4on Experiment (LTEE)
  • One of The Biggest Evolution Experiments Ever Has Followed 68,000 Generations of Bacteria
  • E. coli long-term evolution experiment

16 komentarzy

  1. Robson, super, że dałeś ten tekst, ale artykuł wyszedł trochę hermetyczny, taki ciężkostrawny. Domyślam się, że źródła były naukowe, ale dla przeciętnego czytelnika (takiego jak ja), który nie jest biologiem, trudny w odbiorze temat 🙂

    1. Tak, zdaję sobie sprawę, że tak wyszło, ale przy tłumaczeniach jest zawsze trochę pracy i nie miałem jakoś pomysłu (a może bardziej czasu) na prostsze przedstawienie tych zagadnień. Rzeczywiście trochę to mało strawne, ale mam nadzieję, że przynajmniej choć główną konkluzję udało mi się przekazać 🙂

      1. Robert i inni. Darwinistom UROIŁO się jeszcze kilka „wyewoluowanych operonów”, ale jak w przypadku tego z eksperymentu Lenskiego Michael Behe wszystkie im wybił z głowy – poczytać o tym możesz w tym artykule: bioslawek.files.wordpress.com/2016/02/czy-richard-dawkins-w-ksic485c5bcce-_bc3b3g-urojony_-podwac5bcyc582-teoric499-inteligentnego-projektu-w-przyrodzie_.pdf

    2. Marek, ponieważ żeby rozumieć takie artykuły należy znać PODSTAWY biologii, a żaden z was na tej grupie ich nie ma 🙂

  2. Eksperyment Lenskiego nie jest dowodem na zachodzenie ewolucji darwinowskiej, tylko jest to mechanizm w ramach normy na środowisko. Powtarzacie/ kopiujecie stare jak węgiel argumenty 🙂

    NORMA REAKCJI NA ŚRODOWISKO:bioslawek.wordpress.com/2017/08/20/norma-reakcji-na-srodowisko/

    Odnośnie eksperymentu:

    bioslawek.wordpress.com/2011/09/12/mnogie-mutacje-przeszkoda-dla-darwinizmu/

    „(….) Wyniki badań Lenskiego skomentował na swoim blogu znany przedstawiciel koncepcji inteligentnego projektu Michael Behe. Behe komentował wcześniejsze wyniki osiągnięte w trwającym 20 lat eksperymencie Lenskiego w siódmym rozdziale książki „The Edge of Evolution”, wydanej w 2007 roku. Okazało się, że wszystkie korzystne mutacje wykryte w czasie badań miały degradujący charakter. Znaczyło to, że w tych przypadkach pewne funkcjonujące geny były wyciszone (genetycy mówią „znokautowane”) albo mniej aktywne. Wynikało z tego, że przypadkowe mutacje dużo łatwiej niszczą geny, niż je budują – i to nawet w tych sytuacjach, gdy pomagają organizmowi przetrwać. Był to bardzo ważny wniosek. Proces, który tak łatwo niszczy geny, na pewno nie służy do budowania złożonych z wielu białek, spójnie działających układów molekularnych, jakich jest pełno w komórce.
    Jak teraz Behe ocenia doniesienie Lenskiego, że po ok. 30 tysiącach pokoleń jedna z linii komórek rozwinęła zdolność odżywiania się na cytrynianie w obecności tlenu, czego dzikie szczepy E. coli nie potrafią? Okazuje się, że te dzikie szczepy posiadają już wiele enzymów, które wykorzystują cytrynian i mogą go trawić, czyli że nie jest to dla nich jakiś egzotyczny związek chemiczny, którego nigdy „na oczy nie widziały”. Tyle że dzikiej bakterii brakuje jednego istotnego elementu – enzymu o nazwie „permeaza cytrynianu”, który jest w stanie przetransportować cytrynian z zewnątrz do wnętrza komórki przez jej ścianę, membranę komórkową. Bakterii E. coli brakowało więc nie całego mechanizmu, a jedynie znalezienia sposobu, jak przenosić cytrynian do wnętrza komórki. Cała reszta mechanizmu, potrzebna do metabolizmu cytrynianu, już się tam znajduje. Sam Lenski wyznał to w cytowanym wyżej artykule: „Jedyną znaną przeszkodą, by bakterie rozwijały się w powietrzu na pożywce z cytrynianu, była ich niezdolność do transportu cytrynianu w warunkach tlenowych”. Zmiana, jaka się dokonała w jednej z 12 linii rozwojowych bakterii w laboratorium Lenskiego, nie polegała więc na zdobyciu całej skomplikowanej zdolności odżywiania się na nowym rodzaju pokarmu, jak mógłby sądzić ktoś mniej zorientowany. Polegała ona tylko na uzupełnieniu o jeden element już istniejącej skomplikowanej maszynerii metabolicznej.

    Behe wspomina również innych badaczy (cytowanych także przez Lenskiego), którzy w ostatnich kilkudziesięciu latach wyróżnili zmutowaną E. coli, zdolną do odżywiania się cytrynianem. W jednym przypadku nie znaleziono odpowiedzialnej za to mutacji (B.G. Hall, Chromosomal mutation for citrate utilization by Escherichia coli K-12, „Journal of Bacteriology” 1982, vol. 151, s. 269-273). W innym przypadku pojawiła się nadekspresja (kodowanego przez gen o nazwie citT) białka, które zwykle transportuje cytrynian przy nieobecności tlenu. To nadekspresywne białko umożliwiło E. coli wzrost na cytrynianie w obecności tlenu (K.M. Pos, P. Dimroth, and M. Bott, The Escherichia coli citrate carrier CitT: a member of a novel eubacterial transporter family related to the 2-oxoglutarate/malate translocator from spinach chloroplasts, Journal of Bacteriology 1998, vol. 180, s. 4160-4165). Lenski jeszcze nie odkrył poszukiwanej mutacji, ale przypuszczalnie – mówi Behe – mutanty Lenskiego okażą się korzystać albo z tego, albo z innego genu, nieco ulepszonego tak, by umożliwić transport cytrynianu przez membranę w obecności tlenu.”

  3. Lenski’s Long-Term Evolution Experiment: 25 Years and Counting

    evolutionnews.org/2013/11/richard_lenskis/

    „The current issue of Science carries a four-page panegyric (Pennisi 2013) highlighting the career of Richard Lenski on the occasion of the 25th anniversary of the beginning of his long-term evolution experiment. In 1988 Lenski started what then seemed a slightly wacky project — to let cultures of the bacterium Eschericia coli grow continuously under his watchful gaze in his lab at Michigan State University. Every day he or one of a parade of grad students and postdocs would transfer a small portion of the culture into fresh media in a new test tube, allowing the bacteria to grow 6-7 generations per day. Twenty-five years later the culture — a cumulative total of trillions of cells — has been going for an astounding 58,000 generations and counting. As the article points out, that’s equivalent to a million years in the lineage of a large animal such as humans. Combined with an ability to track down the exact identities of bacterial mutations at the DNA level, that makes Lenski’s project the best, most detailed source of information on evolutionary processes available anywhere, dwarfing rival lab projects and swamping field studies. That’s an achievement well worth celebrating. (…..)

  4. One Small Step Sideways, Two Huge Steps Back
    Michael J Behe

    behe.uncommondescent.com/2012/01/one-small-step-sideways-two-huge-steps-back/

    „(….)The gist of the paper is that a certain bacteriophage (a virus that infects bacteria) called “lambda” gained the ability to bind a different protein on the surface of its host, the bacterium E. coli, than the protein it usually binds. The virus has to bind to the cell’s surface as a prelude to invading it. The protein it normally binds is called LamB. Lenski’s lab, however, used a bacterial strain that had turned off the production of LamB in 99% of E. coli cells but, crucially, 1% of cells still produced the protein. Thus the virus could still invade some cells, reproduce, and not go extinct. Under these conditions the viral binding protein (called “J”) underwent several mutations, apparently to better bind LamB in the fewer cells that produced it. Then, surprisingly, after the viral gene gained a fourth mutation, the viral J protein acquired the ability to bind a different protein on E. coli, called OmpF. Now the virus could use OmpF as a platform for invading the cell. Since all cells made OmpF, the virus was no longer restricted to invading just the 1% of cells that made LamB, and it prospered. The workers repeated the experiment multiple times, and frequently got the same results.”

  5. Odnośnie argumentu Behe’ego o przerobieniu permeazy na zdolną do transportu cytrynianu, to w ostatnich latach odkryto wiele mechanizmów nedarwinowskich, które p[olegają na powstawaniu NIEprzypadkowych mutacji. Taka mutacja jest przełacznikiem, który może przekwalifokować jeden typ permeazy w inny w odpowiedzi na wymogi środowiska. Reszta maszynerii do metabolizmu cytrynianu już istnieje, wiec nie mamy do czynienia z wyewoluowaniem nowej złożonej funkcji 🙂

    Taki nieprzypadkowy mutacyjny PRZEŁACZNIK opisano w tym artykule: nature.com/news/predictable-evolution-trumps-randomness-of-mutations-1.12459
    Although mutations, the driver of evolution, occur at random, a study of the bacterium Escherichia coli reveals that nature often finds the same solution to the same problem again and again.

    Over time, random mutations enable organisms to adapt and diversify, often when geographically separated groups of the same species grow better suited to their local environment and less like members of the other group.

    But that’s not the only way that genetic diversity can arise. Researchers have reported cases of cichlid fish, palm trees and finches adapting to different ecological niches and splitting into different species despite living in the same place1–3. In 2008, evolutionary biologist Michael Doebeli of the University of British Columbia (UBC) in Vancouver and colleagues reported that E. coli bacteria can also diversify while sharing a test tube4.

    In that study, they fed easy-to-digest glucose and a harder-to-stomach acetate to homogeneous populations of the bacteria, and let the bacteria chomp away. E. coli can switch between the two foods, but the team found that in each test tube two groups emerged, specialized in consuming either glucose or acetate. What they did not know was which genetic path each group took to achieve its specialisation…………..

  6. Biosławek, jesteś łebski facet, ale nie wiem dlaczego taki arogant z ciebie. Naprawdę moglibyśmy na spokojne podyskutować bez tych wzajemnych ataków i dogryzań. Ale skoro tak lubisz to trudno. ja mam do tego dystans. Uwierz lub nie, zrażasz do siebie ludzi i trudno z tobą normalnie rozmawiać.

      1. Albo udajesz albo to jest jakaś jednostka chorobowa 🙂 Ty nie jesteś w stanie naśladować kogokolwiek, ponieważ odrzucasz jakiekolwiek autorytety. Nie sugeruję zresztą abyś kogokolwiek naśladował, poczytaj po prostu czym jest kultura wypowiedzi i szacunek do rozmówcy. Potrafisz choć tyle ;)?
        Jeżeli to zrozumiesz, to świat stanie przed tobą otworem i łatwiej będzie ci przekonać ludzi do swoich poglądów. Teraz ich tylko zrażasz do siebie. Ale to tylko opina łosia, więc z pewnością nie weźmiesz jej pod uwagę 🙂

        1. Kto i pod jakim względem na tej grupie ma być dla mnie autorytetem, jak tutaj pisują sami ignorancji czerpiący siły z nieuctwa 🙂

    1. Max, a teraz wypad stąd i przestan trollowac kolejny watek, idz kogo innego uczyc kultury skoro czujesz taka misje. Tutaj nie zakryjesz tym brakow w wiedzy w temacie.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.