Детальная реконструкция эволюционного процесса в 12 популяциях получилась благодаря эксперименту, начатому в 1988 году. Спустя 30 с лишним лет ученым удалось выявить уникальную способность бактерий усваивать цитрат, которым они на самом деле не питаются. Это стало подтверждением нескольких теорий, выдвинутых специалистами.
Суть долгосрочного эксперимента
Самый долгий эволюционный эксперимент был проведен в университете штата Мичиган. Руководителем научного проекта является Ричард Ленски, который вместе со своей командой изучает 12 популяций E.coli (кишечная палочка). Эксперимент по изучению эволюции длится 35 лет, и за это время удалось выявить несколько интересных закономерностей.
Условия эксперимента являются достаточно простыми. Кишечная палочка Escherichia coli культивируется в одних и тех же условиях в течение 60 000 поколений: в жидкой питательной среде, где единственным источником пищи является глюкоза. Из каждой популяции E.coli берут небольшую часть (107 клеток) каждые 24 часа. Далее материал пересаживают в свежую питательную среду, после чего бактерии сначала быстро размножаются. По мере исчерпания глюкозы рост численности замедляется. Каждые 500 поколений некоторую долю бактерий из каждой популяции замораживают для последующего изучения. Микробы при этом сохраняют жизнеспособность. В распоряжении исследователей имеется «живая палеонтологическая летопись» эксперимента, начиная с 1988 года.
Эксперимент планировали так, чтобы минимизировать осложняющие обстоятельства, к которым относятся генетический обмен, изменения условий среды и экологические взаимодействия между организмами. Команда научных специалистов желала получить в чистом виде самый простой и фундаментальный эволюционный процесс — адаптацию к стабильной среде на основе принципов отбора. Отмечено, что после 50 000 поколений полезные изменения фиксировались, а приспособленность продолжала расти, хоть и с замедлением.
Проведение эксперимента Ричардом Ленски не прекращается ни на один день. Даже в выходные ученые тщательно собирают и фиксируют результаты эволюционного проекта. С 1896 года в университете проводится еще один эксперимент: селективное выращивание кукурузы. Было отмечено, что палочка Escherichia coli выдает по 6-7 поколений за день, в то время как скорость смены поколений кукурузы составляет один год. Спустя 35 лет произошла смена 74500 поколений кишечной палочки — для человека это 1,5 млн лет эволюции.
Неожиданное открытие
В ходе эксперимента ученые увидели несколько закономерностей. Первая — это подтверждение теории Дарвина об адаптации путем естественного отбора. Бактерии становятся более конкурентоспособными. В новой среде происходит взрывной рост эволюционных изменений, который впоследствии замедляется.
В 2003 году бактерии начали вести себя по-другому. Одна из 12 исследуемых линий научилась усваивать еще одно вещество, содержащее углерод, — цитрат. Это вещество присутствовало в среде с самого начала эксперимента и выступало в качестве хелатора. Основная задача цитрата — связывать металлы.
В одной из колб раствор помутнел, и ученые начали проводить сравнение с популяциями предыдущих поколений, чтобы выяснить, в чем причина. Способность усваивать цитрат появилась благодаря изменению в ДНК бактерий, которое является довольно редким событием, но произойти может в любой момент. Таким образом, подтвердилась одна из теорий, случайно выдвинутая Ричардом Ленски.
«Информация, записанная в наших генах, несомненно контролирует строение и материалы, из которых сделано наше тело. Главные часы, и, возможно, другие «часовые» устройства, которые определяют, как долго мы будем жить, также «спрятаны» в наших генах», — из книги «Функциональная биоэнергетика и механизмы старения организма человека», А. В. Панов и Н. М. Жолобак.
Подписывайтесь на канал и ставьте лайки! Впереди вас ждет еще много неочевидного и загадочного о человеческом теле и секретах долголетия.