Поиск по сайту
Изданы две книги сайта Форнит
Научно-популярная: «Познай себя» и специализированная: «Основы адаптологии» - обе доступны.
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?
Эвристика вероятности
Сегодня существуют методы, позволяющие даже в случае минимального жизненного опыта оценивать, насколько вероятно, что вам врут партнеры и близкие, насколько уверенно можно допускать зависимость между явлениями, в том числе, казалось бы, совершенно не связанными: Эвристика вероятности.


27-05-2017г.

Модели понимания и зависимость
В статье рассмотрена особенность субъективных моделей, негативная для адекватности понимания - зависимые состояния: Модели понимания и зависимость.
16-05-2017г.

Ненависть к несправделивости
Ненависть настолько сильное чувство и настолько имеет далеко идущие последствия, что стоит разобраться в этом психическом явлении: Ненависть к несправделивости.
19-04-2017г.

КПД политических революций
Насколько приемлемой для социума является политическая революция, суть которой многие апологеты ее необходимости для развития маскируют в самые различные формы:
КПД политических революций.
06-04-2017г.

Система произвольной адаптивности
Ясно и просто показываются принципы образования и взаимодействия функциональных элементов, присущих сознанию: Система произвольной адаптивности.
01-04-2017г.

Изданы две книги сайта Форнит
Издательский дом "Библио-Глобус" издал первый тираж книг "Основы адаптологии" и "Познай себя":
Изданы две книги сайта Форнит.
28-03-2017г.

Интерпретация
Об интерпретирующих свойствах субъективных моделей понимания действительности, о сути понимания и объяснения, о причинах иллюзий понимая: Интерпретация.
21-03-2017г.

Проблема рабочих мест
В этой статье будет рассмотрены факторы, влияющие на возникновение потребности в рабочих местах - в самом широком смысле, включая и возможности занять свою нишу в частном бизнесе:
Проблема рабочих мест
02-03-2017г.

Почему нарастает неравенство
Статистика, сопоставления, обобщение: Почему нарастает неравенство.
29-01-2017г.

Обновлен текст Основы адаптологии
Значительно обновлен текст Основы адаптологии.
26-01-2017г.

Яндекс.Метрика
 посетителейзаходов
сегодня:11
вчера:22
Всего:35153659