Unul dintre cele mai cunoscute experimente din domeniul evoluţiei este experimentul profesorului Richard Lenski. Pregătirea experimentului e foarte simplă. Lenski a cultivat bacterii E. coli pornind de la o singură bacterie, astfel încât intreaga populaţie de celule a avut un singur înaintaş. A împărţit populaţia de bacterii în 12 tuburi identice, având mediu de creştere identic şi le-a lăsat să se reproducă timp de aproximativ 24 de ore.
După 24 de ore, bacteriile au epuizat sursa de hrană şi pululațiile au atins densitatea maximă. Apoi Lenski a pregătit 12 noi tuburi cu acelaşi mediu de creştere, a transferat o sutime din cultura din ziua precedentă în noile tuburi şi a lăsat bacteriile să se reproducă timp de încă 24 de ore. În laboratorul lui Richard Lenski acest experiment a fost repetat în fiecare zi timp de 25 de ani.
De ce studiază oamenii de ştiinţă evoluţia populaţiilor de bacterii? Pentru că...
1) Bacteriile pot fi păstrate în congelatorul de -80 de grade Celsius, în soluţie de glicerină. Pot fi reactivate oricând, prin transferarea în mediul de creştere.
2) O diluare de 1 la 100 presupune că, în medie, bateriile trec prin 6,67 generaţii în fiecare zi. Oamenii, de exemplu, trec la o nouă generaţie în aproximativ 20 de ani. Muştele o dată la două săptămâni. În 25 de ani s-au succedat mai mult de 50 000 de generaţii de bacterii E-coli.
3) Bacteriile sunt minuscule. Într-un singur tub, la sfârşitul unei zi în care au fost lăsate să se reproducă, se pot afla aproximativ 50 de milioane de celule, iar 500 000 dintre ele sunt transferate zilnic într-un nou tub. Înseamnă că efectul driftului genetic este relativ scăzut, iar selecţia naturală este prezentă. Astfel, efectele selecţiei prezente în 10-5 din numărul total de celule se datorează mai mult selecţiei naturale decât driftului genetic.
4) Bacteriile pot încorpora cu uşurinţă mutaţii prin manipulări genetice. Mutaţiilor cu efecte benefice pot fi astfel păstrate de la o generaţie la alta. Bacteriile acumulează mutaţii în medie o dată la 100 de generaţii. Deci, după 50 000 de generaţii, se vor fi acumulat mai mult de 500 de mutaţii.
5) Avantajele / dezavantajele anumitor mutaţii pot fi uşor determinate (de exemplu, prin experimente în care două sau mai multe tipuri de bacterii “concurează” pentru resurse de spaţiu şi hrană).
Sistemul implementat de profesorul Richard Lenski a contribuit şi încă mai contribuie la înţelegerea modului în care evoluează microbii. Iată în continuare câteva învăţăminte:
1) Mutaţiile benefice se acumulează constant, iar organismele se adaptează continuu(Barrick et al 2009).
2) În primele 2000 de generaţii mutaţiile benefice au efecte foarte puternice şi îmbunătăţesc dramatic fitnessul organismului. Rata de creştere a fitnessului scade drastic în următoarele generaţii (Lenski and Travisano 1994 PNAS).
3) Descendenţii unei singure bacterii pot evolua în moduri foarte diferite, chiar dacă condiţiile de mediu sunt identice (Lenski and Travisano 1994 PNAS).
4) Bacteriile dintr-un singur tub dintre cele 12 au acumulat mutaţii care le-au permis să folosească citratul ca mediu de creştere, cu toate că citratul nu este de regulă folosit de E. coli ca sursă de hrană în prezenţa oxigenului (Blount et al PNAS 2008).
5) În condiţiile unui mediu de creştere constant, pierderea anumitor abilităţi cognitive este benefică. Bacteriile încetează să mai producă proteine specifice altor medii de creştere decât cel prezent.
6) Unele mutaţii se exclud reciproc (Khan et al 2011 Science).
Bibliografie: Lenski, R. E. (2013). The E. coli long-term experimental evolution project site. http://myxo.css.msu.edu/ecoli
Preluare de pe BlogulDespreStiinta, cu acordul editorului
