59 000 поколений бактерий и морозильник дали удивительные результаты

Профессор Университета штата Мичиган Ричард Ленски наблюдает за размножением бактерий E. coli в рамках своего Долгосрочного экспериментального проекта по эволюции с 1988 года. За 26 лет и 59 000 поколений он смог наблюдать эволюцию в реальном времени.

Ключевые результаты эксперимента:

• Бактерии увеличились в размере вдвое.
• Скорость их мутирования возросла.
• Они стали эффективнее использовать глюкозу в питательном растворе.
• Одна из 12 поддерживаемых линий развила способность использовать для питания цитрат — производное лимонной кислоты, присутствующее в растворе. Ленски считает, что это может быть новая формирующаяся вида.

Роль «машины времени»

Периодическая заморозка образцов бактерий в лабораторном морозильнике позволила сравнивать современные популяции с их предками. Это превратило проект из наблюдения в эксперимент.

Противоречивые силы эволюции

Эксперимент исследует взаимодействие двух сил:

1. Случайные мутации, которые ведут к разнообразию.
2. Естественный отбор, который «оттачивает» мутации, благоприятные для выживания в конкретных условиях (раствор с ограниченным количеством глюкозы).

Адаптация и «восхождение на гору Глюкоза»

• После 20 000 поколений современные популяции растут примерно на 80% быстрее, чем исходные линии.
• Анализ показал 45 мутаций примерно в 4000 генах бактерий. Многие гены мутировали во всех линиях, но сами мутации внутри генов редко были идентичными. Ленски сравнил это с разными группами альпинистов, находящими различные маршруты к одной вершине — «горе Глюкоза».

Появление «поедателей цитрата»

После 30 000 поколений в одной линии обнаружилась способность использовать цитрат.

• Исследования показали, что эта черта — результат не одной редкой мутации, а серии изменений, накопившихся за 20 000 поколений.
• Тестирование 10 триллионов клеток-предков из ранних поколений в среде с цитратом (без глюкозы) не дало роста. Но клетки, начиная с 20 000-го поколения, дали 19 мутантов, способных использовать цитрат.
• У цитрат-потребляющих бактерий изменились и другие гены, сделав их менее приспособленными к жизни в среде только с глюкозой. Это ключевой аргумент в пользу формирования нового вида.

Ленски называет этот эксперимент «дающим без остановки» и надеется, что он продолжится и после его ухода на пенсию, так как бактерии продолжают преподносить сюрпризы.