Поиск по сайту
Проект публикации книги «Познай самого себя»
Узнать, насколько это интересно. Принять участие.
Короткий адрес страницы: fornit.ru/2687
Содержание журнала Достижения науки, техники и культуры
Ссылка на первоисточник статьи: http://science.compulenta.ru/709113/.

Эволюция в пробирке, или Как быстро бактерия приобретает новый признак

Автор: Кирилл Стасевич

Эксперимент позволил увидеть три молекулярных этапа эволюции, в ходе которой бактерии научились использовать в качестве источника энергии новый субстрат, ранее недоступный для них.

Чтобы приобрести новый признак, кишечной палочке требуется около 30 тысяч поколений. (Фото <noindex><a target=_blank href=http://www.corbisimages.com>Dr. Stanley Flegler</a></noindex>.)

Чтобы приобрести новый признак, кишечной палочке требуется около 30 тысяч поколений. (Фото Dr. Stanley Flegler.)

Опыт, который поставили исследователи из Мичиганского университета (США), длился больше двадцати лет: начался он в 1988 году, а его результаты были опубликованы только сейчас в журнале Nature. Обычно в таких случаях речь идёт о длительных эволюционно-экологических наблюдениях. В общем, так оно и было, только учёные наблюдали не за птицами и зверями, а за бактериями. Их интересовало, как будет двигаться эволюция кишечной палочки, которую поставили в трудные условия.

Бактерий расселили по двенадцати культурам и обеспечили их питательными веществами — но только на несколько часов роста. На следующий день им снова давали питательные вещества, которых опять хватало лишь на несколько часов. Смысл эксперимента был в том, чтобы заставить бактерии использовать альтернативные источники энергии. К 2008 году одна из двенадцати культур вдруг стала интенсивно расти: оказалось, бактерии научились использовать лимонную кислоту. Её добавляли в питательную смесь, но обычно кишечная палочка лимонную кислоту не замечает.

В течение всей этой истории через каждые несколько тысяч поколений из бактериальных колоний отбирались образцы. Из них можно было взять ДНК для анализа мутаций, а можно было пустить снова в рост — то есть как бы отмотать эволюционную ленту чуть назад и запустить её заново с предыдущего «кадра». Чтобы представить объём работы, с которым пришлось столкнуться учёным, достаточно сказать, что за время эксперимента у бактерий сменилось более 56 тысяч поколений.

Кишечные палочки научились использовать лимонную кислоту где-то в районе 31-тысячного поколения, но не сразу, а в три этапа. Сначала, по словам авторов статьи, в бактериальной клетке идёт подготовка почвы для будущих изменений. Появляются мутации (по меньшей мере пара), которые новых возможностей ещё не открывают, но без которых освоить новый питательный субстрат просто не получится. Затем происходит актуализация этих самых новых возможностей: бактерии в принципе могут потреблять лимонную кислоту, но делают это ещё плохо. Наконец, на третьем этапе настраиваются новые умения, бактерии учатся эффективно осваивать новый источник энергии.

На самом деле у кишечной палочки есть белок, который способен переправлять лимонную кислоту в клетку. Но обычно его ген молчит: кислород вокруг подавляет его активность. И на первом этапе происходит мутация: этот ген удваивается (дуплицируется), и его копия перестаёт зависеть от присутствия или отсутствия кислорода в среде; теперь она подчиняется другому регуляторному механизму. Но чтобы эта мутация произошла, у бактерии должны быть ослаблены системы контроля над мутациями, и подготовительный этап состоит как раз в том, что молекулярные машины, следящие за состоянием ДНК, теряют бдительность — опять же вследствие мутаций.

Новая копия гена позволяет кишечной палочке работать с лимонной кислотой, но особых преимуществ не даёт. Чтобы получать от нового умения полноценную выгоду, бактерии делают ещё несколько копий гена. (По словам исследователей, три копии уже дают их обладателям заметное эволюционное преимущество.) Авторы подчёркивают, что использование лимонной кислоты в качестве источника энергии — абсолютно новая черта для кишечной палочки, так что им в буквальном смысле удалось воссоздать эволюцию. Кроме того, они экспериментально показали, что возникновение нового признака требует не одной мутации, а комплексного изменения в геноме, даже если речь идёт о таком простом организме, как бактерия.

Исследователи пытались вмешаться в более ранние стадии эволюции, искусственным путём добавляя новые копии нужного гена. Бактерии приобретали способность усваивать лимонную кислоту, но делали это неохотно, и ни о каком взрывном росте не могло быть и речи. Как было сказано, невооружённым глазом эволюционное преимущество можно было заметить на 31–33-й тысяче поколений, но самые первые изменения в эту сторону начинались гораздо раньше, в районе 20-тысячного поколения.

Ценность этого эксперимента трудно переоценить, поскольку он наглядно иллюстрирует положения эволюционной теории, которые до сих пор вызывают сомнения у некоторых персонажей. Нельзя сбрасывать со счётов и практическое применение полученных результатов: с их помощью можно, наверное, рассчитать, как скоро у бактерий возникнет устойчивость к новому антибиотику.

Подготовлено по материалам Мичиганского университета.


Обсуждение Еще не было обсуждений.


Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

   
Архив новостей
Анонсы новостей сайтов-участников    http://www.scorcher.ru/xml/news.rss - что это?
Скромное очарование этологических теорий разумности
О том, как конкретно возможно определять наличие психический явлений у организмов: Скромное очарование этологических теорий разумности.
04-12-2016г.

Субъективные модели действительности
Обзор эволюционного появления субъективных моделей действительности: Субъективные модели действительности.
30-11-2016г.

Словарный запас, используемый в тексте
Словарный запас, используемый в тексте, сколько раз используются слова (по убыванию числа): Статистика слов в тексте
25-11-2016г.

Книга по психологии
Книга по психологии - в поддержку проекта публикации.
30-09-2016г.

От рефлексов к произвольности
Переход рефлекторно сформированного действия в произвольно организованные автоматизмы:
От рефлексов к произвольности.
03-09-2016г.

Психическое явление Интерес или Инициатива наказуема?
Психическое явление Интерес или Инициатива наказуема?
17-08-2016г.

Психическое явление Превосходство
Об адаптивной роли явления превосходства, начиная с базовых механизмов реализации осознанного внимания: Психическое явление Превосходство.
09-08-2016г.

Иллюзия счастья или Стратегическая ошибка сапиенсов
Про уход от реальности или пренебрежение активной адаптивностью: Иллюзия счастья или Стратегическая ошибка сапиенсов
20-06-2016г.

Как правильно выйти замуж
Вопрос: как не продешевить с замужеством - один из актуальных.
Как правильно выйти замуж.
30-05-2016г.

Тестирование личных представлений о системной нейрофизиологии
Самопроверься перед участием в дискуссиях об интеллекте и разуме: Тестирование личных представлений о системной нейрофизиологии.
24-05-2016г.

Активность
Главная
Темы
Показы
Полезное
О сайте
Яндекс.Метрика
 посетителейзаходов
сегодня:35
вчера:88
Всего:33273467