Книги сайта: «Мировоззрение», «Познай себя», «Основы адаптологии»,
«Вне привычного», Лекторий МВАП и «Что такое Я».
 
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    http://www.scorcher.ru/xml/news.rss - что это?
Обобщение материалов исследований сетчатки глаза
Сетчатка: Обобщение материалов исследований сетчатки глаза.
07-11-2020г.

Проблемы академической науки
Безынициативность в отсутствие личного интереса, план по валу статей, все большая коммерческая составляющая и многое другое: Проблемы академической науки.
11-10-2020г.

Ориентировочный рефлекс
Обобщение фактических данных исследований по функции и механизмам ориентировочного рефлекса – границы между рефлексами и сознанием: Ориентировочный рефлекс.
20-09-2020г.

Колонки новой коры
Обобщение фактических данных исследований по кортикальным колонкам новой коры: Колонки новой коры.
29-08-2020г.

Ячеистая структура нейросети
Обобщения серии экспериментов с разными типами схем соединений элементов нейросимулятора в виде ячеистых структур: Ячеистая структура нейросети.
02-08-2020г.

Анонс предметной области: «Схемотехника адаптивных нейросетей»
Эта программная статья анонсирует формирование среды коллективного исследования на сайте Форнит : Анонс предметной области: «Схемотехника адаптивных нейросетей».
19-07-2020г.

Конструктор нейросхем
Для тех, кто желает развить навыки схемотехнического мышления в игровом режиме и лучше понять работу природных нейросетей: Конструктор нейросхем.
04-07-2020г.

Деменция
Деменция как норма индивидуальной адаптивности: Деменция.
19-06-2020г.

Книга «Что такое Я - схемотехнический подход»
Содержание книги основывается на постулате, что природная нейросеть мозга является схемотехнической структурой - в точности, как это можно сказать про схемотехнику электронного прибора - при всей огромной разнице в способах реализации. Книга «Что такое Я - схемотехнический подход».
11-06-2020г.

Редактор Карты Знаний
Авторы создают Карты Знаний, а пользователи их проходят, постепенно вникая в то, что является хорошо понятым автором.: Редактор Карты Знаний.
14-02-2020г.

Яндекс.Метрика
 посетителейзаходов
сегодня:11
вчера:00
Всего:36863838