|
Ученые воочию смогли наблюдать за ходом эволюции в пробирках, заселенных кишечной палочкой. Эксперимент, длившийся с 1988 года, позволил биологам не только увидеть мутации бактерий, но и выяснить, как именно шло эволюционное развитие микроорганизмов.
Биологи пронаблюдали за 40 тыс. поколений бактерий Escherichia col, для краткости часто обозначаемой E. coli и известной небиологам как кишечная палочка. Этот микроорганизм, несмотря на свою "плохую репутацию" и участие в массовых отравлениях, часто становится объектом для разнообразнейших исследований – генетических, биохимических и даже эволюционных.
Как получилось увидеть эволюцию?
Из пробирок через каждую тысячу поколений отбирались пробы, которые тут же замораживались. В морозильниках росли ряды пробирок, в каждой из которых был своего рода слепок с бактериальной колонии определенного периода; впоследствии именно эти «слепки» позволили проследить изменения.
Изначально ученые держали бактерии в питательной среде, которая содержала как глюкозу, так и небольшую примесь лимонной кислоты, которую обычная E.coli усваивать не может. Со временем в геноме бактерий накапливались мутации, и примерно через 30 тыс. поколений среди них появились те, которые уже могли использовать несъедобную для их «предков» пищу.
Созданный специально для этих экспериментов набор из пробирок с культурами бактерий позволил на разных сроках исследования не просто отследить, когда именно у кишечной палочки появилась новая способность. Современные методы анализа ДНК выявили, что эта способность возникла далеко не после одной-единственной мутации, а стала следствием цепочки медленных, но уверенно ведущих к цели изменений.
Неожиданные выводы
Сопоставление пробирок привело ученых из Мичиганского университета и их коллег из других научных центров к неожиданным выводам. В начале исследователи обнаружили, что бактерии мутировали со сравнительно небольшой скоростью: за первые 20 тыс. поколений ученые насчитали только 45 мутаций.
Ранее считалось, что такие мутации должны быть нейтральными: в ДНК просто происходили бы ошибки, не ведущие ни к ухудшению, ни к улучшению шансов бактерий выжить. Это мнение оказалось ошибочным: первые 45 мутаций по большей части были положительными! Иными словами, первая половина эксперимента ушла на медленную, но приносящую некоторые положительные результаты эволюцию кишечной палочки.
Еще спустя 6 тыс. поколений, на отметке 26 тыс., число мутаций начало резко расти. У бактерий окончательно закрепилась способность усваивать новую для них «пищу», и параллельно увеличилась изменчивость. Когда дошло до поколения под номером 40 тыс., ученые насчитали уже 653 мутации! Биологи подчеркивают, что большая часть этих «быстрых» мутаций была уже действительно нейтральна.
При этом бактерии, которые уже научились использовать питательную среду наиболее эффективно, мутировали быстрее, что, по мнению ученых, позволяет если не пересмотреть, то существенно расширить представления об эволюционном процессе.
Связь между скоростью изменений и адаптацией к окружающей среде оказалась далеко не столь интуитивно понятной, как можно было бы ожидать. Эволюционные изменения, которые способствовали выживанию и росту бактерий, шли не быстрее, а медленнее нейтральных, и, по всей видимости, этот результат далеко не случаен. Для его подробного анализа еще пригодится богатейший архивный материал, собранный за 21 год непрерывной работы. Пока же можно предположить, для чего ученым может потребоваться полученная информация.
Знание о том, как именно живые существа в ходе эволюции приобретают новые качества, может быть применено как минимум микробиологами, ведь устойчивость к антибиотикам, способность заражать человека воздушно-капельным путем или выживать при кипячении – эти крайне неприятные свойства бактерий тоже появляются в ходе эволюции.
Кроме того законы эволюции действуют и в случае злокачественных опухолей. Поэтому работа, которую проделали ученые, позволяет не только еще раз подтвердить правоту Дарвина, но и получить новые ключи к разгадке секретов рака.
|
Новости 
