Prawda

Poniedziałek, 1 marca 2021 - 22:54

« Poprzedni Następny »


Ewolucja ukryta w pełnym świetle


Carl Zimmer 2014-01-13


Trudno uwierzyć, że Escherichia coli może mieć jeszcze jakieś sekrety.

Przez ponad stulecie naukowcy rozkładali tego mikroba na kawałki – sekwencjonowali jego geny, rozpracowywali jego kod genetyczny, prowadzili eksperymenty z jego metabolizmem, zdobywając Nagrody Nobla i zamieniając go w najbardziej, zapewne, przebadany organizm w historii.


Jednak mimo tego, że naukowcy nurkują głęboko, jeszcze nie dotarli do dna. Częściowo jest tak dlatego, że Escherichia coli nie jest utrwalona. Nadal ewoluuje i nawet w najstaranniej kontrolowanych eksperymentach, ewolucja produkuje skomplikowaną historię.


Dwadzieścia pięć lat temu Richard Lenski użył jednego mikroba, do stworzenia dwunastu linii bakterii. Karmił każdą linię ubogą dietą glukozową i bakterie przystosowały się do życia w jego laboratorium w Michigan State University. (Tutaj zebrałem kilka artykułów, które napisałem przez te lata o 58 tysiącach pokoleń Long-Term E. coli Evolution Experiment.)


W 2003 r. zespół Lenskiego zorientował się, że zdarzyło się  coś zupełnie niespodziewanego. Jedną z cech charakterystycznych Escherichia coli jako gatunku jest to, że kiedy ma dostęp do tlenu, nie może przyswajać cytrynianu. Pewnego dnia jednak probówka zmętniała od eksplozji E. coli, które właśnie zaczęły go przyswajać. Zmiana była tak głęboka, że może to oznaczać, iż te bakterie wyewoluowały w nowy gatunek.


Przez minione 11 lat naukowcy próbowali rozgryźć problem, jak bakterie zdobyły tę zdolność przyswajania sobie cytrynianu. Na szczęście, rozpoczynając eksperyment, Lenski postanowił zamrażać ewoluujące bakterie co 500 pokoleń. Dzięki temu on i jego współpracownicy mogli „wskrzesić” mikroby-przodków, zsekwencjonować ich genomy i zbadać ich biologię w poszukiwaniu wskazówek.


Przez dwa lata przeglądali zamrożoną historię przyswajania cytrynianu i odkryli ważny krok w tej ewolucji. Dotyczył on genu o nazwie citT.


Gen citT koduje białko, które pozwala E. coli przyswajać cytrynian przy niskich poziomach tlenu. Białko to znajduje się na błonie mikroba i pomaga ściągać cząsteczki cytrynianu ze środowiska. W miarę jednak ściągania cytrynianu, wypompowuje inną cząsteczkę – bursztynian. Wciąganie i wypychanie tych dwóch cząsteczek pomaga utrzymywać równowagę chemiczną komórki.


Mały odcinek DNA obok citT służy jako przełącznik. Jeśli mikrob wykrywa tlen, białko chwyta ten odcinek i zamyka citT. Mikrob nie przyswaja już cytrynianu i zamiast tego odżywia się lepszym źródłem energii, takim jak glukoza.


Naukowcy odkryli, że mniej więcej po 31,5 tysiącach pokoleń mikrob, który kopiował swój DNA w celu podzielenia się, popełnił wielki błąd. Przypadkowo zrobił dodatkową kopię odcinka DNA. Tak się złożyło, że ten odcinek zawierał dwie kopie citT. Mikrob wstawił kopie obok oryginalnej, więc jedna z jego komórek potomnych ma teraz dwie kopie citT.


Ten rodzaj duplikacji genów zdarza sie od czasu do czasu we wszystkim, co żyje. Także ludzki DNA regularnie jest tak kopiowany. Może to prowadzić do ważnych zmian, ponieważ te dwie kopie mogą zacząć robić dwie różne rzeczy. To właśnie zdarzyło się E. coli. W eksperymencie Lenskiego nowa kopia citT wylądowała obok nowego odcinka DNA, który kontroluje geny w inny sposób. Zamiast zamykać gen w obecności tlenu, trzyma je zawsze w stanie aktywności. Dzięki tej mutacji citT bakterie mogły zacząć odżywiać się cytrynianem w pełnym tlenu laboratorium Lenskiego.


Naukowcy odkryli jednak, że ta mutacja jest tylko częścią całej historii. Mutacja citT pozwoliła bakteriom na rośnięcie na cytrynianie, ale tylko powoli. Dopiero po kolejnych 1500 pokoleń odżywiająca się cytrynianem bakteria zaczęła rosnąć wystarczająco szybko, by zdominować swoją probówkę.


Naukowcy odkryli, że podczas tych 1500 pokoleń bakterie popełniły więcej błędów kopiowania, zamieniając nowy gen citT w cztery duplikaty. Te dodatkowe kopie umożliwiły bakteriom produkowanie więcej ściągającego cytrynian białka. Między pokoleniami 31500 a 33 000 powstały jednak inne mutacje i naukowcy nie mieli żadnego sposobu dowiedzenia się, czy one także były ważne.


Okazało się, że historia ma wcześniejszy rozdział. Naukowcy wrócili na sam początek zamrożonego archiwum i odmrozili kilku przodków bakteryjnych. Wstawili wyewoluowane geny citT w przodków i stwierdzili, że mikroby nie potrafiły przyswajać cytrynianu. A więc sam wyewoluowany gen citT nie wystarczał do zamiany mikroba w zjadacza cytrynianu.


Zrobili następnie to samo z bakteriami po 20 tysiącach pokoleń i uzyskali inny rezultat. Kiedy te bardziej wyewoluowane bakterie otrzymały gen citT, potrafiły przyswajać cytrynian. Taki wynik sugerował, że wcześnie w ewolucji bakterii nabyły one mutację, która później pozwoliła im na odżywianie się cytrynianem.


Reasumując: naukowcy mieli teraz historię w trzech częściach. Do pokolenia 31500 była to historia mutacji wstępnych. Potem przyszła wielka duplikacja citT. Następnie przyszły udoskonalające mutacje, które prowadziły do dominacji nad światem w pokoleniu 33000. (Światem, w tym wypadku, była szklana probówka).


Aby odczytać tę historię ze wszystkimi szczegółami, naukowcy musieli zrozumieć porządek, w jakim powstawały wszystkie mutacje, krok po kroku. Musieli także zrozumieć, jak każda mutacja dawała nowy rodzaj organizmu.


Mimo starannie kontrolowanych warunków eksperymentu, był to diabelnie trudny problem. Do czasu, kiedy bakterie wyewoluowały we w pełni odżywiający się cytrynianem rodzaj w pokoleniu 33000, nabyły 79 mutacji, których nie mieli ich przodkowie. Mogły one pomagać wczesnym bakteriom w lepszym wzroście na pożywce z glukozy. Niektóre mogły nie wywierać w ogóle żadnego wpływu na bakterie.



Molekuły wewnątrz bakterii Escherichia coli


Jednym z naukowców badających zjadaczy cytrynianu był doktor Jeffrey Barrick. W 2011 r. przeniósł się na University of Texas i założył własne laboratorium, gdzie kontynuował badania nad zjadaczami cytrynianu, rozwijając nowe metody, by wydobyć historię ich ewolucji.


Wraz z współpracownikami stworzył nową metodę genetycznego modyfikowania bakterii w celu identyfikowania mutacji, które były absolutnie niezbędne do pełnego odżywiania się cytrynianem. Zestawiali części genomu bakterii odżywiających się cytrynianem z genomem przodków i wrzucali te hybrydy na szalki, gdzie był tylko cytrynian do jedzenia.


Większość zagłodziła się na śmierć. Ale kilka urosło. Naukowcy wyłowili hybrydy, które przetrwały i wstawili części ich DNA do bakterii przodków. Runda za rundą eksperymentowania pozwoliła im namierzyć zasadnicze segmenty potrzebne do rośnięcia na cytrynianie. W końcu znaleźli właściwe mutacje.


Było ich dziwacznie mało.


Jeden z wyników nie był wielką niespodzianką. Barrick i jego współpracownicy odkryli, że w celu odżywiania się cytrynianem z maksymalnym apetytem, bakterie potrzebowały kopii ze zmienionymi genami citT.


Ale, jak Barrick informuje w niedawnym artykule, znaleźli tylko jedną jeszcze zasadniczą mutację.


Ta mutacja dotyczy genu o nazwie dctA. Kiedy naukowcy wstawili wyewoluowane wersje citT i dctA w mikroba-przodka, stał się w pełni zjadaczem cytrynianu. Żaden z tych genów nie mógł osiągnąć takiego wyniku bez tego drugiego. I nie potrzeba było żadnego innego genu do tej metamorfozy.


To odkrycie skłoniło naukowców do bliższego przyjrzenia się genowi dctA. Koduje on inne białko błony, które jest odpowiedzialne za pompowanie cząsteczek do wewnątrz i na zewnątrz mikroba. Podczas gdy citT pompuje bursztynian z mikroba, dctA pompuje go do mikroba.


Barrick i jego współpracownicy podejrzewali, że ewolucja nowego rodzaju genu dctA pozwoliła bakterii na utrzymanie podaży bursztynianu, który jest potrzebny, by mogła przyswajać cytrynian. Razem mutacje w citT i dctA zamieniły zmutowane mikroby w zwycięzców.


Co pozostawia rolę wszystkich pozostałych mutacji w mrokach tajemnicy. W nowym badaniu żadna z mutacji, które pojawiły się przed pokoleniem 315000 nie okazała się zasadnicza dla zjadaczy cytrynianu. Nie wykonały w żaden istotny sposób prac wstępnych. Niemniej, poprzednie badania wskazywały, że na coś się zanosiło przed tym pokoleniem.

Przy takich wynikach Barrick i jego współpracownicy mieli niewiele pomysłów na to, co działo się przedtem. Jest możliwe, że dobór naturalny faworyzował jakąś wczesną, tajemniczą mutację, ponieważ pomagała ona bakteriom rosnąć na ich normalnej odżywce z glukozy. Jako produkt uboczny, pomogła zbudować niewielki zapas bursztynianu. Ten bursztynian okazał się być bardzo przydatny później, kiedy mutacji uległ citT. Teraz bakterie miały dosyć bursztynianu (lub jakiejś spokrewnionej cząsteczki) do wypychania, kiedy wciągały cytrynian. Gdyby mutacja citT powstała przed tymi mutacjami, bakterie mogłyby być niezdolne do odżywiania się cytrynianem. A potem przybyła mutacja dctA, gwałtownie przyspieszając odżywianie się cytrynianem.

Skontaktowałem się z Lenskim, który nie był współautorem pracy Barricka, żeby dowiedzieć się, co sądzi on o tych wynikach. „Uwielbiam fakt, że ta praca pokazuje, jak złożona potrafi być ewolucja – odpowiedział – nawet u jednego małego gatunku w malutkim świecie w probówce przez zaledwie dwa dziesięciolecia”.

 (For more on E. coli’s strange scientific history, see my book Microcosm.)

Evolution hidden in plain sight

 

Tłumaczenie M.K.



___________
Carl Zimmer

Wielokrotnie nagradzany amerykański dziennikarz naukowy publikujący często na łamach „New York Times” „National Geographic” i innych pism. Autor 13 książek, w tym „Parasite Rex” oraz „The Tanglend Bank: An introduction to Evolution”. Prowadzi blog The Loom publikowany przy „National Geographic” .

 


Skomentuj     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj






Nauka

Znalezionych 1194 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Nikczemne grzyby naśladują kwiaty trawy, by ułatwić własne rozmnażanie się   Coyne   2021-02-26
Co zabiło megafaunę Ameryki Północnej?   Novella   2021-02-25
Stresy i nowe szczepy wirusa   Ridley   2021-02-12
EWOLUCJA wirusa Covid-19   Coyne   2021-02-10
Czy „toksyczna kobiecość” jest główną przyczyną bojów o społeczną sprawiedliwość?   Coyne   2021-02-08
Najmniejszy gad (i owodniowiec) świata: BARDZO mały kameleon   Coyne   2021-02-05
Dlaczego kocimiętka i matatabi doprowadzają koty do szaleństwa? Grupa badaczy mówi, że te rośliny mogą chronić je przed komarami   Coyne   2021-02-02
Bądźcie sceptyczni wobec wideo pokazujących “skutki uboczne” szczepionki   Novella   2021-01-28
Szaleństwo odnawialnej energii   Ridley   2021-01-23
Głębia ludzkiej historii   Novella   2021-01-19
Dlaczego szczepionki mRNA mogą zrewolucjonizować medycynę?   Ridley   2021-01-02
Szczepionka mRNA na koronawirusa: świadectwo ludzkiej pomysłowości i mocy nauki   Coyne   2021-01-01
Dziwaczny rodzaj rasistowskiego patriarchatu   Arora   2020-12-31
Centrala muszek owocowych: Bloomington Drosophila Stock Center   Coyne   2020-12-29
Pierwszy raport o używaniu narzędzi przez pszczoły: rodzimy gatunek używa grudek łajna, by odeprzeć drapieżne szerszenie   Coyne   2020-12-23
Nie – żadne chi nie istnieje   Novella   2020-12-21
Moc nauki dostarczyła najlepszej możliwej wiadomości w tym koszmarnym roku   Ridley   2020-12-18
Szczątkowa cecha ptaków, która mogła być funkcjonalna u przodków: zdalne wyczuwanie drgań dziobem (nadal czynne u kiwi)   Coyne   2020-12-16
Paradoks wielce niedoskonałego dobra   Koraszewski   2020-12-11
Nasiona roślin ewoluują, by upodobnić się odchodów antylopy, a oszukane żuki gnojowe odtaczają i zagrzebują nasiona   Coyne   2020-12-10
AI – asystent lekarza   Novella   2020-12-09
Czy problem zwijania białka został rozwiązany?   Coyne   2020-12-05
„Gryzoń skunksowy”, który żuje trujące rośliny i wypluwa truciznę na swoje futro   Coyne   2020-12-02
Intensywne zbieranie leczniczej rośliny przez ludzi prowadzi do ewolucji nowych kolorów liści i kwiatów   Coyne   2020-11-28
Jak ewoluuuje altruizm?   Coyne   2020-11-25
Filozof zainfekowany efektem potwierdzenia wyjaśnia, dlaczego ewolucja dowodzi Boga   Coyne   2020-11-23
Według nowych badań są cztery gatunki pingwinów białobrewych, a nie tylko jeden   Coyne   2020-11-19
Gra w łajdactwo, by zrozumieć łajdaków   Novella   2020-11-18
Ewolucja psów   Novella   2020-11-09
Genomowa i ewolucyjna analiza wymarłego kota szablozębnego   Coyne   2020-10-31
Zakład Simon-Ehrlich po 40 latach   Gale L. Pooley   2020-10-23
Używające narzędzi mrówki budują struktury, by spijać roztwór cukru w pojemnikach, nie topiąc się   Coyne   2020-10-22
Czego pandemia nauczyła nas o nauce?   Ridley   2020-10-19
Przeddarwinowscy “darwiniści”   Berry   2020-10-16
Covid 19 może przejmować kontrolę nad receptorami bólu, uśmierzając ból i podnosząc szerzenie się choroby: możliwy rezultat doboru naturalnego   Coyne   2020-10-15
Znowu wrzawa, że “teoria ewolucji wywrócona”, ale jak zwykle, robią z igły widły   Coyne   2020-10-13
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 4. Rzekome znaczenie dryfu genetycznego w ewolucji   Coyne   2020-10-09
Chromosomy Y ludzi, neandertalczyków i denisowian   Novella   2020-10-08
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 3. Rzekome znaczenie epigenetyki w ewolucji   Coyne   2020-10-07
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 2. Rzekome nieistnienie gatunków   Coyne   2020-10-05
Intelektualna pustka numeru “New Scientist” o ewolucji: 1. Genetyczna plastyczność    Coyne   2020-10-03
“New Scientist”: Darwin jednak miał rację    Coyne   2020-10-01
Uprawy GMO i wzrost plonów   Novella   2020-09-28
Książka o psychologii ewolucyjnej, która pokazuje wartość tej dziedziny – ale nie wartość memów   Coyne   2020-09-22
Przyjemności seksu i jagód   Ridley   2020-09-18
Czy można falsyfikować naukowe teorie? Naukowiec odpowiada, że “nie”   Coyne   2020-09-12
Naukowe pismo “Nature” przystaje do Przebudzonych twierdząc, że zarówno płeć, jak gender są niebinarne   Coyne   2020-09-09
Wybór ostatecznej wolności   Witkowski   2020-09-07
Polio zlikwidowane w Afryce   Novella   2020-09-05
Czy wyrazy ludzkiej twarzy są uniwersalne w okazywaniu emocji?   Coyne   2020-09-02
Barwny erudyta J.B.S. Haldane   Coyne   2020-08-28
Modelowanie zbijania się pingwinów cesarskich w gromadę: każdy dostaje równie dużo ciepła   Coyne   2020-08-25
Jak algorytmy wpływają na twoje życie   Novella   2020-08-24
Z okazji dziewięćdziesiątych urodzin Thomasa Sowella   Jacoby   2020-08-22
Prawdziwie długa szyja: 6-metrowy wodny gad z triasu z szyją długości 2,7 metra   Coyne   2020-08-19
Wątrobiane duszki   Novella   2020-08-17
Rozrzedzanie krwi bez groźby krwawienia   Novella   2020-08-14
Nowy raport: Bakteria po stu milionach lat nadal żywa!   Coyne   2020-08-08
Modlitwa to nie jest lekarstwo   Nowella   2020-08-07
Maleńki, 10-centymetrowy dinosaur, który zjadał owady   Coyne   2020-08-06
Piękny skoczek, który upodabnia się do mrówki   Coyne   2020-08-03
Urodziny Rosalind Franklin!   Cobb   2020-07-31
Kondor wielki: ptak, który rzadko kiedy macha skrzydłami   Coyne   2020-07-28
Czy ludzie byli w Nowym Świecie ponad 30 tysięcy lat temu?   Coyne   2020-07-26
Oszaleć na punkcie nietoperzy w czasach korony i politykierstwa   Collins   2020-07-25
Dwa gatunki dały zdolną do życia hybrydę, mimo że rozeszły się 150 milionów lat temu   Coyne   2020-07-23
Niccolo Tartaglia jego tajemnica   Jacoby   2020-07-20
Akcja afirmatywna w wieloetnicznym narodzie   Hyams   2020-07-17
Dekolonizacja ewolucji (i Darwina) była nieunikniona   Coyne   2020-07-15
Filtr mózgu (czyli czego nie widzimy)   Novella   2020-07-14
Homeopatia jest bezwartościowa a czasami szkodliwa   Novella   2020-07-10
Pięć błędnych wyobrażeń o ewolucji: jedno jest wątpliwe, jedno niesłuszne   Coyne   2020-07-08
Wiecznie kurczący się tranzystor i wynalezienie Google   Ridley   2020-07-06
Postmodernizm: filozofia, która stoi za naszymi wojnami kulturowymi i postępującym nihilizmem   Hill   2020-07-02
Bodźce do innowacji w końcu pokonają COVID-19   Ridley   2020-06-27
Maleńkie stworzenia morskie budują olbrzymie, fantastyczne domy, by chronić się i zdobywać pokarm   Coyne   2020-06-25
Rośliny uprawne z edytowanym genomem pomagają farmerom i środowisku   Ridley   2020-06-20
Czy klucz do COVID można znaleźć w rosyjskiej pandemii?   Ridley   2020-06-18
Skąd więc wziął się ten wirus?   Ridley   2020-06-16
Nowe dane o tym, jak działają grzyby „mrówek zombie”   Coyne   2020-06-15
Czy brytyjski naukowy establishment popełnił największy błąd w historii?   Ridley   2020-06-13
Błysk światła w mroku   Sheagren   2020-06-12
Poczucie pewności napędza efekt potwierdzenia   Novella   2020-06-08
Czy możemy zobaczyć osobowość?   Novella   2020-06-05
Rozwiązanie dla obecnego kryzysu   Ridley   2020-06-02
Lokalizacja funkcji wykonawczych   Novella   2020-05-30
Przestańcie wierzyć w naukę   Greenfield   2020-05-28
Ewolucyjne korzenie sztuki   Koraszewski   2020-05-27
Innowacji nie można wymusić, ale można je zdławić   Ridley   2020-05-26
Stymulowanie kory wzrokowej   Novella   2020-05-23
Pora na telemedycynę   Novella   2020-05-19
Czy mrożącą krew w żyłach prawdą jest, że decyzja o zamknięciu społeczeństwa opierała się na luźnych matematycznych spekulacjach?   Ridley   2020-05-15
MMR jest bezpieczna i skuteczna   Novella   2020-05-14
Odporność stada na fakty   Koraszewski   2020-05-13
O COVID wiemy wszystko – i nie wiemy niczego   Ridley   2020-05-12
Nanotechnologia zastosowana do leczenia choroby Alzheimera   Novella   2020-05-11
COVID-19 – To są szkody   Novella   2020-05-05
Nadmiar teorii wszystkiego   Koraszewski   2020-05-04
Zawodnicy – i trudności – w wyścigu do wyleczenia COVID   Ridley   2020-04-30
Psychologia sprzeciwu wobec szczepień   Novella   2020-04-25

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Przekupieni



Heretycki impuls



Nie klanial



Cervantes



Wojaki Chrystusa



 Palestyńskie weto



Wzmacnianie układu odpornościowego



Wykluczenie Tajwanu z WHO



Drzazgę źle się czyta



Sześć lat



Pochodzenie



Papież Franciszek



Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Malgorzata, Andrzej, Marcin, Henryk