Развъждането на 2000 поколения бактерии може би реши основен дебат в биологията

От зората на генетиката в началото на 20-ти век биолозите спорят дали еволюцията се движи повече от случайни мутации или от първоначалното разнообразие в генофонда.

Наличието на много генетични опции за избор може да накара естествения подбор да се задвижи много по-бързо в началото, но дали генетичните мутации, които се случват с времето, допринасят повече за оцеляването на видовете в крайна сметка?

За да се опитат да разрешат този дългогодишен спор веднъж завинаги, изследователи от Мичиганския щатски университет са тествали адаптивната способност на 72 различни популации от бактерии Escherichia coli в продължение на 2000 поколения (около 300 дни).

Всяка популация от бактерии е проектирана да има различно количество генетично разнообразие в началото на експеримента.

В единия край на спектъра популацията е отгледана от един клонинг, така че всяка клетка е генетично идентична с всяка друга клетка.

В средата на спектъра популациите са отгледани от една съществуваща популация от бактерии.

В далечния край на спектъра популациите на E. coli са създадени чрез смесване на няколко съществуващи популации, създавайки максимално възможно количество генетично разнообразие.

Всяка популация е хранена с глюкоза в началото на експеримента. За да се тества адаптивността, различни групи от тези бактериални популации са взети и размножени в различна среда на растеж, като им се осигурява аминокиселината D-серин вместо глюкоза за техните енергийни нужди.

Когато се достига 500-то и 2000-то поколение популациите се тестват за способността им да се конкурират за хранителни ресурси срещу обикновен конкурент (който е друг щам на E. coli със средно ниво на адаптация).

Всички проби от E. coli са получени от "Проект за дългосрочна експериментална еволюция" (Long-term Experimental Evolution Project), който стартира през 1988 г. от един от съавторите на наскоро пунликуваната статия, еволюционния биолог Ричард Ленски (Richard E. Lenski).

Когато всяка популация от бактерии е измерена за нивото на нейната приспособеност към средата на D-серин преди да настъпи каквато и да е еволюция, по-генетично разнообразните популации се справят по-добре от клонингите.

В ранните етапи на експеримента (около 50 поколения) богатството от генетично разнообразие в първоначалната популация е важно за адаптацията.

Но до 500-то поколение разнообразието в началото на експеримента „вече няма значение“, тъй като новите мутации са „достатъчно големи“, пишат авторите в своя препринт, достъпен на BioRxiv преди партньорската проверка .

До 500-то и 2000-то поколение няма "разлики в адаптацията" между всички различни популации от бактерии, въпреки различията в приспособеността в началото.

„Всяка полза от съществуващите вариации в безполовите популации често може да бъде краткотрайна, както видяхме в нашия експеримент, защото тази вариация ще бъде прочистена, когато новите полезни мутации се закрепят“, пишат изследователите.

Въпреки че тепърва ще бъде проверен от научната общност и публикуван в рецензирано списание, този резултат може да се сложи край на най-продължителния спор в еволюционната биология, когато става въпрос за бактерии.

Но няма „правилен“ отговор по отношение на относителната важност на устойчивите вариации и новите мутации за адаптация в природата, пишат изследователите.

Учените, работещи върху различни модели, са склонни да „подчертават единия или другия източник на генетични вариации“, добавят те.

Учените, изучаващи животни и растения, са склонни да подчертават разнообразието на генофонда като основен източник на еволюционен капацитет, защото не е практично да се чака стотици години, докато мутациите смесят нещата.

Тези, които изучават бактерии и вируси, са склонни да гледат на мутациите като на основен източник на еволюция.

Но наистина и двете сили – мутацията и съществуващото генетично разнообразие – „могат да допринесат последователно, едновременно и дори синергично за процеса на адаптация чрез естествен подбор“, отбелязват изследователите.

Справка: Experimental Test of the Contributions of Initial Variation and New Mutations to 2 Adaptive Evolution in a Novel Environment
Minako Izutsu and Richard E. Lenski, bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2022.05.31.494207

Източник:

Breeding 2,000 Generations of Bacteria May Have Solved This Major Debate in Biology
FELICITY NELSON, ScienceAlert

Още по темата

12/04/2022

Животът

5500 нови РНК вирусни вида, открити в океана. Проследяване на произхода на вирусите и произхода на живота

07/04/2022

Животът

Еволюцията работи с "белязани карти" при избора на вариации

15/02/2022

Животът

Как мутациите си намират мястото. Скорост и локализация на мутациите по данни от 21 век

02/02/2022

Животът

Мутациите може да не са случайни според ново проучване