Бактерии с медленной эволюцией побеждают в долгосрочной перспективе

Учёные из США обнаружили, что бактерии, эволюционирующие медленно, с большей вероятностью выживают в долгосрочной перспективе по сравнению с быстро эволюционирующими.

Исследователи изучили четыре генетически различных клона Escherichia coli, периодически отбирая пробы для поиска пяти конкретных полезных мутаций.

После 500 поколений все линии приобрели полезные мутации, но у двух их было значительно больше. Однако после 1500 поколений доминировать стали две другие линии.

Как отметил соавтор работы, опубликованной в журнале Science, д-р Тим Купер, эту бактериальную «гонку» можно сравнить с басней о зайце и черепахе: заяц выиграет стометровку, но черепаха может победить в марафоне.

У бактерий-«зайцев» к 500-му поколению присутствовало не менее четырёх полезных мутаций. Тем не менее, спустя ещё 883 поколения они росли более чем на 2% медленнее других линий, а к 1500-му поколению вымерли.

Чтобы выяснить причину, учёные использовали замороженные образцы 500-го поколения и повторили эксперимент по эволюции несколько раз. Почти во всех случаях побеждали клоны-«черепахи».

Было обнаружено, что одной из генов, в котором к 500-му поколению нашли полезные мутации, был topA — ген, участвующий в скручивании ДНК, что облегчает включение и выключение генов. Мутации у медленных и быстрых бактерий были разными: у «черепах» мутация затрагивала следующее звено в аминокислотной цепи белка.

К 883-му поколению мутация topA у «черепах» взаимодействовала с мутацией в другом гене, spoT, что повысило их приспособленность. Мутация topA у других линий не так благоприятно взаимодействовала с последующими мутациями, а мутация spoT становилась бесполезной, делая «зайцев» менее приспособленными для долгосрочного доминирования.

Эти бактерии являются частью более масштабного эволюционного эксперимента, который продолжается с 1988 года (более 50 000 поколений), что делает его самым длительным экспериментом такого рода в мире.