• Tuesday June 18,2019

Menyalin evolusi mendedahkan manfaat perlahan dan stabil

Anonim

Pemain permainan video digunakan untuk memainkan semula sejarah. Mereka boleh memuatkan apa-apa permainan yang disimpan dan mula semula, kadang-kadang membuat pilihan yang berbeza yang membawa kepada pengakhiran alternatif. Kehidupan, sayangnya, bukan permainan dan ia jauh lebih sukar untuk dimuat semula dan bermula sekali lagi.

sukar, tetapi bukan mustahil. Di makmal di Michigan State University, Richard Lenski berulang kali memainkan semula evolusi daripada fail yang disimpan.

Lenski secara tepat menamakan "percubaan evolusi jangka panjang" adalah yang paling lama berjalan dalam sejarah, dan salah satu yang paling penting. Ia kelihatan sederhana mudah - hanya dua belas perlahan-lahan menggetarkan larutan larutan manis, masing-masing mengandungi ketegangan bakteria Escherichia coli. Lenski membiak sedozen strain dari nenek moyang yang sama pada tahun 1998. Setiap hari sejak itu, pasukannya telah memindahkan satu peratus daripada sel ke dalam satu flask baru untuk tumbuh semula. Bulan lalu, bakteria meluluskan generasi ke 50, 000 mereka.

Setiap 500 generasi, pasukan mengambil sampel dari setiap selusin strain dan membekukan mereka. Stok ini adalah "rekod fosil" eksperimen "- save-files hidupnya. Dengan mencairkan mereka dan membesarkan mereka lagi, pasukan itu dapat membandingkan nasib mereka dengan sedozen asal. Seperti yang pernah dikatakan oleh Stephen Jay Gould, mereka boleh "memainkan semula pita hidup".

Menggunakan bakteria, Robert Woods dan Jeffrey Barrick (kedua-duanya kini bekerja di makmal yang berlainan) telah menunjukkan bahawa perlahan dan mantap sering dapat memenangi perlumbaan evolusi. Bakteria "Hare", yang pada mulanya memimpin dan mengatasi rakan sebaya mereka, mungkin akhirnya kehilangan strain dengan potensi tersembunyi - strain "kura-kura" yang lebih baik dalam berkembang.

Woods dan Barrick tahu bahawa oleh generasi ke- 1500, banyak bakteria mempunyai perubahan genetik (mutasi) dalam dua gen penting, yang membolehkan mereka untuk outcompete rakan sebaya mereka. Perubahan-perubahan ini tidak baru - banyak mikroba sudah mempunyai mereka oleh generasi ke- 500. Untuk memahami bagaimana "pemenang yang akhirnya" ini menjadi kuasa, Woods dan Barrick mengklonkan dua jenis bakteria yang mempunyai mutasi yang tepat dari stok generasi ke- 500. Mereka juga mengkloning dua "kehilangan yang akhirnya" yang tidak mempunyai mutasi yang penting ini.

Semua strain ini lebih unggul daripada nenek moyang - bug generasi ke -10 yang memulakan keseluruhan eksperimen. Tetapi untuk kejutan semua orang, yang kalah akhirnya lebih disesuaikan daripada pemenang akhirnya. Apabila diadu antara satu sama lain, yang dipanggil kalah adalah di atas. Dalam pertempuran terus, tanpa perubahan lagi, "pemenang" akan dipindahkan ke kepupusan dalam masa 350 generasi lagi. Bagaimanakah mereka bertahan, apatah lagi kemenangan?

Adakah mereka hanya bertuah? Untuk mengetahui, Woods dan Barrick memainkan semula eksperimen tersebut.

berulang kali. Mereka membuat sepuluh klon masing-masing daripada empat strain mereka yang dipilih pada tanda generasi 500, dan membesar dengan hampir 900 lagi. Anda dapat melihat keputusan dalam graf berwarna-warni di bawah (lihat nota kaki). Paksi menegak dalam kedua-dua arah adalah ukuran evolusi - ia mewakili berapa banyak strain telah berubah dari asal. Pemenang akhirnya (kanan) mula berubah sekitar seratus generasi lebih awal daripada yang akhirnya kalah (kiri) dan mereka melakukannya dengan lebih cepat dan lebih dramatik.

Dengan 800 generasi, pemenang mempunyai lebih daripada yang dibentuk untuk 'headstart' yang kalah. Apabila diadu antara satu sama lain, secara purata, mereka adalah ketegangan yang unggul.

Apa yang memberi kemenangan kepada pemenangnya? Mereka tidak berkembang lebih cepat, kerana mereka akhirnya mempunyai mutasi tambahan yang sama seperti yang kalah. Sebaliknya, Woods dan Barrack mendapati bahawa pemenang akhirnya bermula dengan latar belakang yang betul.

Pemenang akhirnya mendapat mutasi dalam gen yang dipanggil spoT, sementara tidak ada yang kalah. Gen ini menjejaskan cara DNA dikemas. Mutasi yang mengubah spoT boleh menyebabkan perubahan yang menyerupai seluruh genom, secara genetik mengubah gen yang dimatikan atau dimatikan. Dan mutasi ini ternyata sangat bermanfaat kepada bakteria yang mengambilnya.

Mereka yang kalah, malangnya, tidak pernah melakukannya. Mereka mempunyai mutasi dalam gen yang berbeza yang dipanggil topA (yang juga mengawal pembungkusan DNA) yang membatalkan manfaat spoT itu . Versi topA mereka menghalang mereka daripada memungut mutasi spoT yang bernilai - selepas semua, apa yang akan menjadi titik? Pemenang tidak mempunyai masalah sedemikian - mutasi spoT kritis boleh hidup dalam keharmonian sempurna dengan versi topA mereka .

Oleh itu, pemenang akhirnya dapat mengambil, dan mendapat manfaat dari, inovasi genetik baru yang akhirnya gagal untuk diapresiasi. Seperti yang ditulis Woods dan Barrack, orang yang kalah "menutup pintu pada sekurang-kurangnya satu jalan penting untuk penambahbaikan selanjutnya." Ketika mereka terperangkap dalam memimpin mereka yang selesa, para kura-kura mereka mengatasi mereka.

Rujukan: Woods, Barrick, Cooper, Shrestha, Kauth & Lenski. 2011. Pemilihan Perintah Kedua untuk Evolvabiliti dalam Populasi Escherichia coli yang Besar. Sains //dx.doi.org/10.1126/science.1198914 Jika pautan petikan itu tidak berfungsi, baca mengapa di sini

Lebih banyak mengenai eksperimen evolusi jangka panjang: Sejarah menyekat dan membimbing evolusi inovasi

Nota kaki: Woods and Barrick menggunakan kaedah yang sangat elegan untuk memantau perkembangan empat puluh keping klon mereka. Dalam setiap budaya, mereka bercampur dua versi ketegangan yang sama dalam perkadaran yang sama - satu yang boleh memakan gula yang dipanggil arabinose dan satu yang tidak boleh. Selain daripada perbezaan ini, kedua-dua versi itu adalah serupa genetik. Tidak ada arabinose dalam persekitaran mereka, jadi keupayaan ini tidak penting kepada bakteria. Walau bagaimanapun, ia menjadi penting kepada Woods dan Barrack - ia memberi mereka cara mudah untuk mengesan evolusi strain mereka. Dari masa ke masa, mutasi baru yang muncul memberi sel-sel khusus kelebihan dan tidak lama lagi menyusul adik-beradik mereka yang lemah. Jika mutasi ini muncul dalam sel-sel pemakan arabinose, maka populasi secara keseluruhan menjadi lebih baik memakan gula; jika tidak, mereka menjadi lebih buruk. Perubahan keupayaan makan arabinose - dalam arah yang sama - menunjukkan sejauh mana bakteria telah berubah dari bentuk asalnya.


Artikel Yang Menarik

 "Inbred " anjing laut gajah?

"Inbred " anjing laut gajah?

Seperti yang telah saya posting tentang penduduk yang berkesan dan pembiakan, saya fikir jawatan ini akan sesuai. Mulakan semula Membaca sedikit tentang kesambilan persengketaan dan kesesakan penduduk yang saya sampaikan pada contoh ekstrem dari meterai gajah utara. Pada akhir abad ke-19 penduduknya dikurangkan kepada kira-kira 20 individu (tidak dapat ditemui dan diasingkan di pulau Mexico)

Kerja Blogger Hari Terkenal Dunia?  Penyelidik Saintis.

Kerja Blogger Hari Terkenal Dunia? Penyelidik Saintis.

Belle de Jour, penulis terbaik yang menulis buku mengenai kehidupannya sebagai gadis panggil, mendedahkan identiti sebenarnya pada hujung minggu. Namanya Brooke Magnanti. Dr. Brooke Magnanti menjadi tepat. Ia ternyata dia seorang penyelidik kanser yang mula mengubah tipuan ketika di sekolah menengah

Dipandu, Bersedia Pergi

Dipandu, Bersedia Pergi

Setiap empat tahun kita mempunyai Sukan Olimpik, dan kita mempunyai Pilihan Raya Presiden AS. Dan saya fikir kita semua boleh bersetuju dengan satu perkara: mereka berdua membuat TV yang hebat. Oleh itu, selepas anda di AS telah keluar dan mengundi, kemudian meletus sepanjang hari bekerja, kita boleh menetap untuk melihat apa yang berlaku

Apakah Masalah Mental?

Apakah Masalah Mental?

"Kebimbangan mental" adalah istilah yang baru-baru ini menjadi popular di Britain. Ia paling kerap digunakan sebagai pengganti untuk "penyakit mental". Saya agak hairan dengan ini. Dalam jawatan ini, saya menganalisis frasa ini. Perkara pertama yang melangkaui "kesusahan mental" adalah bahawa perkataan "mental" kelihatan berlebihan

Apa yang Berlaku Apabila Galaxy memakan jirannya?

Apa yang Berlaku Apabila Galaxy memakan jirannya?

Kredit & Hak Cipta: R Jay Gabany Sisa terakhir galaksi kerdil mengelilingi galaksi spiral yang merobohkannya. Dua sungai bintang-dan mungkin perkara gelap-adalah semua yang kekal sebagai kerdil massa rendah selepas ia dibongkar oleh graviti lingkaran yang lebih besar, NGC 5907. Para ahli astronomi telah menyatakan bahawa aliran bintang-bintang seperti ini agak biasa di luar kawasan galaksi lingkaran, fenomena yang telah diperhatikan di pinggir Bima Sakti serta sekitar galaksi Andromeda yang berhampiran