Долговременный эксперимент по эволюции E. Coli.

+ 88

Недавно смотрел культуру, а точнее их проект "Академия", и наткнулся на лекцию Александра Маркова (доктора биологических наук, сотрудника Палеонтологического института РАН, также один из авторов на Элементы.ру) "Эволюция в пробирке". Тема оказалась очень занимательной, больше всего из первой части лекции запомнился эксперимент по эволюции Escherichia Coli (кишечной палочки, по простому).
Эксперимент начался 24 февраля 1988 года в университете штата Мичиган группой ученых под руководством Ричарда Ленски. Суть эксперимента заключается в том, что взяли 12 популяций E.Coli штамм "Bc251" (6 ara+ и 6 ara, способных и неспособных усваивать арабинозу соответственно). Был выбран именно этот штамм потому, что размножался только бесполым путем, и благодаря этому мутации сохраняются только при общем предке, нет обмена генетическим материалом между бактериями, и можно проследить развитие той или иной популяции, мутации.
Бактерии размножаются в минимальной среде роста, находятся постоянно в стрессовой ситуации недостатка глюкозы. Каждый день 1% каждой популяции переносится на свежую питательную среду. Каждый 75–ый день (каждые 500 поколений) образцы популяций замораживаются, и чтобы потом глубже исследовать, в случае улучшения технологий, и для прослеживания развития того или иного признака.
Теперь перейдем к самой потрясающей части эксперимента — результатам.
*скорость накопления фиксированных мутаций у бактерий в начале была приблизительно одинакова, но у некоторых популяций после 26000 поколения произошла мутация в гене, отвечающем за репарацию ДНК (то есть устранение ошибок в ДНК в процессе её синтеза), и после этого скорость появления мутаций возросла.
*в ходе эксперимента было замечено, что одна из популяций при пересадке на новую среду не снижала темпы размножения даже когда концентрация необходимого субстрата их метаболизма — глюкозы значительно снижалась. В 2008 году ученые объявили, что у бактерий этой популяции появилась важная мутация — они могли преобразовывать цитрат (лимонную кислоту) в аэробных условиях, что для обычной E.Coli нехарактерно. В ходе исследования развития мутации ученые выяснили, что в появлению этого признака поспособствовали как минимум две мутации. И были сделаны выводы, что развитие признака проходит через три стадии:
1.Потенциирование, когда накапливаются необходимые мутации;
2.Актуализация, когда признак начинает проявляться;
3.Уточнение, когда появляются дополнительные мутации, усиливающие признак.
*также было замечено, что изменилась форма клетки, стала более округлой, и увеличились её размеры, но кроме положительного эффекта, бактерии лучше делятся, они стали менее устойчивы к осмотическим изменениям в среде (то есть к изменениям концентраций веществ в окружающей среде).
В 2010 году эксперимент перешагнул рубеж в 50000 поколений бактерий.
Вот, впринципе и все, что я хотел написать об этом эксперименте. Напоследок сайт "Академии".
P.S. Сегодня иду на съемки лекции в рамках проекта, так что могу ответить на интересующие вопросы впоследствии. (:
300x300 px
Шах и мат — креационисты!
В эксперименте бактерии же не из грязи появились.
crea7or: Вот если бы они бактерии в водоросли превратили, я бы удивился.
jolly–roger: тут нужен значительно больший промежуток времени и условия совершенно другие, способствующие к фотосинтезу, и большая доля удачи (хотя, скорее всего конкретно с E.Coli этот вариант не пройдет). В этом же эксперименте у бактерий были изначально оптимальные условия для развития, глюкоза и т.д. А цитрат, который они потом научились метаболизировать накапливался в ходе их жизнедеятельности и при размножении его концентрация увеличивалась. К тому же изначально у них была способность использовать цитрат, но только в анаэробных условиях.
вот статья на русском, которую, кстати, уже немного обсуждали.
burbulator: я честно искал, но не нашел.
мне нравится ваш пост гораздо больше того, старого.
Было бы здорово указать в посте не только дату и месяц начала эксперимента, но и год. 1988.
Drap_Vader: первый блин как говорится. Пост же потом нельзя редактировать?
apollo: можно редактировать некоторое время после публикации. Потом можно писать модераторам в инбокс просьбы об изменениях. Список модераторов (а владелец и премьер–министр тоже обладают модераторскими правами) обычно вывешен в описании подсайта. В инбокс можно добавлять несколько человек, т.е. не надо писать каждому в отдельности. Это касается всех подсайтов.
Интересно

Вспомнился Гарвардский эксперимент с ящерицами на островах

В двух словах, заселили на два острова один вид ящериц, но на одном острове были хищники, а на втором нет. Уже через несколько поколений у ящериц на острове с хищниками удлинились лапки, а еще через 6 месяцев лапки снова уменьшились, но ящерицы перебрались с земли на деревья.
Результаты нельзя назвать неожиданными, просто очередное подтверждение естественного отбора. Но удивляет то, что все случилось в течение года.
Потом правда два урагана смыли всех ящерок и эксперимент прекратился.
virtueincarnate:
––В двух словах,.. ––
через несколько поколений у ящериц на острове с хищниками удлинились лапки, а еще через 6 месяцев лапки снова уменьшились, но ящерицы перебрались с земли на деревья.
все случилось в течение года.
Студенческий британский КВН.
proto–dyakon: не понимаю в чем проблема, ссылка есть, читайте
virtueincarnate:
Я прочитал, что вы написали. Ящерица живет несколько лет.
В течении шести месяцев у неё удлинились конечности, затем в течении следующих шести — укоротились?
В течении года сменилось несколько поколений?
И т. д.

Для очень многих индивидуумов достаточно кодовой фразы — как выяснила наука...
proto–dyakon: как я понимаю результаты:
первый раз замеры показали, что конечности в среднем(!) короче. Замеры брались не обязательно у одних и тех же ящериц, у одной понятно за полгода конечности не вытянутся и потом обратно не втянутся. Так вот замер, который показал, что конечности в среднем стали длиннее, объясняется тем, что много ящериц с короткими лапами съели. Потом у оставшихся длинноногих рождается потомство, тоже длинноногое, что логично. Это так, short–term эффект, естественный отбор, ничего интересного. В течение полугода случиться могло.

А дальше идет приспосабливание оставшихся длинноногих к другой среде (кустам и деревьям, а не земле). Соответственно та же ситуация, самые длинноногие падают, выживают коротконогие, рожают коротконогих.

На самом деле эксперимент очень известный, и не единственный с этими ящерицами.
virtueincarnate:
Эвона как... Пища, которая медленнее движется, более лучше легкоусвояемая, чем та, которую труднее догнать. Длинноногие рождают длинноногих, коротконогие — коротконогих. Гениально.
Естественный отбор!
Наука, чо.

Козюльский, не говорите слов, тут вам не Привоз!(с)
proto–dyakon: ну как скажете, спорить больше не буду
никак без божьей помощи не обошлось
virtueincarnate:
––никак без божьей помощи не обошлось––
Да–да. И непременно помолясь и хоругвью подпоясовшись.)
1024x768 px
virtueincarnate: не всех. Одну я успел домой забрать.
virtueincarnate: Еще можно вспомнить историю про воробьев. Когда жили–были воробьи с разной длиной крыльев, но потом прошел ураган и утянул с собой всех воробьев с длинными крыльями, а с короткими смогли избежать этой участи.
Ну как–то так.
Rozornick: ну тут то всех смыло, без разбора) не в ураганах суть
virtueincarnate: так ведь не всех! Те что с короткими крыльями уцелели. Такой себе естественный ураганный отбор. Правда пруфов я не искал на эту историю.
Rozornick: не знала об этом, интересно))
ну как скажете, спорить больше не буду
никак без божьей помощи не обошлось
Прочитал как "6 АГА плюс и 6 АГА минус". По 6 легко удивляемых Э коли пессимистов и оптимистов.
А по теме — это за э коли следят, а сколько их таких беспризорных мутирует и развивается. Чудно.
Эксперимент подробно и увлекательно описывает Докинз в книжке "Самое грандиозное шоу на Земле".
Можно купить, можно скачать.
Глава 5 — "Прямо у нас на глазах". Но и в других главах есть чего приятно почитать.
Докинз особенно подчеркивает важность двойной мутации — это отличный пример для разбора классического аргумента креационистов про "несократимую сложность". Рекомендую почитать этот раздел книги — в эксперименте Ленски вообще масса красивых нюансов.
Для создания супермена осталось только интродуцировать Е.coli с супрессированным геном, ответственным за репарацию ДНК, в кишечник экспериментаторов.
Я не намереваюсь нести в этом посте слово божье, но все таки... Эволюция — есть пошаговый алгоритм, с отбором после каждого шага. То есть, он не может проходить через локальные минимумы (зайдя в них, полученный "подвид" должен быть обречен на вымирание за счет естественного отбора). Например, какому–нибудь гипотетическому "черепахоеду" чтобы быть хорошим хищником нужно иметь мощные тяжелые зубы, способные перегрызать любые кости и панцири. И нужно иметь более крепкую соответствующую мускулатуру чтобы и иметь силы на это и носить все эти мускулы.

Естественно, при этом он уже не сможет догонять газелей. Но все равно в выигрыше, потому что он может оказаться единственным видом, который ест черепах, и пищи вокруг него — просто завались. Выгода налицо.

Но вот от некоего "стартового" вида, до "черепахоеда" нужно несколько мутаций. Уже став черепахоедом, вид может (по списку этапов из поста) выполнять 3ий этап и становиться все более эффективным черепахоедом. Но вот первый этап кажется спорным. Каждая из необходимых мутаций может сама по себе (в одиночку) только минус давать и сильно снижать шансы на выживание (до той поры когда еще через 10 000 лет появится вторая мутация, которая отлично дополняет первую). И за эти тысячи лет надо не вымереть.

Было бы интересно взять какой–то существующий вид сейчас и отследить всю историю его преобразования, каждое изменение, и посмотреть, как много из них были полезны сами по себе, а какие — только в группе с другими.
xenon: по–моему, вы немного заблуждаетесь в том, что мутации дают только отрицательный эффект. Они могут и в одиночку изменять тот или иной признак в положительную сторону (все зависит от скольких белков зависит проявление этого признака, и тогда меняется степень проявления его), может изменять как минимум предшествующую негативную мутацию (тоже положительный эффект), могут быть просто нейтральными (взять к примеру незначительные фенотипические проявления даже у людей: цвет глаз, волос и т.п.), ну и естественно негативные (к примеру, мутация в гене белка, отвечающего за репарацию ДНК, или форму эритроцитов; проявлений великое множество).
По поводу просмотра истории отдельного вида, то несомненно будут преобладать негативные мутации, имхо, статистическая вероятность их появления значительно выше.
apollo: Я не высказывался про какой–то объективный отрицательный эффект. Если оценивать по влиянию на выживаемость — эффект может быть + или — в зависимости от кучи факторов, в том числе и сочетания других накопленных мутаций. Одна и та же характеристика может быть и положительной и отрицательной. Если мы газели пересадим уши кролика — скорее всего они ей не очень нужны — потому что очень полезные и эффективные уши кролика не приносят пользы если все остальное как у газели. Так вот я имею в виду, что превращение одного вида пошагово — оно как раз так и проходит — уши уже от зайца — а ноги еще как у газели. Вот когда ноги изменятся и еще сотня признаков — тогда эти уши будут "в плюс", а до этого они в минус.
xenon: не всегда так, может быть изначально положительная мутация. Так судить, что в контексте конкретно одной мутации эффект всегда отрицательный не объективно.
Креационисты, как я, признают микроэволюцию как таковую.