Prawda

Środa, 10 sierpnia 2022 - 03:37

« 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 1326 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Kot Mehitabel pisze w “Science”   Coyne   2022-08-09
Nauka o wolności: rozmowa z Anną Kryłow   i Anna Kryłow   2022-08-06
Pierwsze dowody kopalne na opiekę nad lęgiem i niezwykły przypadek asymetrii kierunkowej   Coyne   2022-08-05
Badania dowodzą, że fakty nie mają znaczenia: jak propaganda wykorzystuje i normalizuje antysemityzm     2022-08-03
Horyzontalny transfer genów u owadów: jest rozpowszechniony, ale co to znaczy?   Coyne   2022-08-02
Dokonane w Afryce badanie genomu fasolnika egipskiego oznacza krok naprzód w dywersyfikacji światowego zaopatrzenia w żywność   Karavolias   2022-08-01
Grupy anty-GMO przegrywają sprawę sądową w Nigerii    i Nkechi Isaak   2022-07-30
Raz jeszcze: czy rasy są tylko społecznym konstruktem bez naukowego lub biologicznego znaczenia?   Coyne   2022-07-28
„New Yorker” pisze o hoacynie, sugeruje, że koncepcja Darwina drzew ewolucyjnych może być urojeniem   Coyne   2022-07-25
Nazistowscy lekarze i dzisiejsi antysemici: redefinicja etyki, żeby usprawiedliwić prześladowania Żydów     2022-07-18
Carl Sagan i wolność wątpienia   Jacoby   2022-07-18
Jak Darwin spowodował globalne ocieplenie swoją teorią doboru płciowego   Coyne   2022-07-16
Dieta mieszana misiów i innych   Júnior   2022-07-14
Londyńskie Natural History Museum popełnia błąd naturalistyczny - wielokrotnie   Coyne   2022-07-11
Nigeria gotowa na spełnienie oczekiwań rolników     2022-07-08
Szczepionki przeciwko grypie związane ze zmniejszonym ryzykiem choroby Alzheimera   Novella   2022-07-07
Nowoczesność Darwina: w O powstawaniu jest antycypacja neutralnej teorii i przerywanej równowagi   Coyne   2022-07-06
Pinker: “Wojna o ewolucję jest także wojną kulturową”   Coyne   2022-07-05
Raz jeszcze: błędny artykuł o tym, dlaczego teoria ewolucji jest przestarzała   Coyne   2022-07-04
Niech Moc będzie z pszczołą   Júnior   2022-06-28
Dramatyczny wzrost cen paliw kopalnych jest bolesny, ale daje niewielkie korzyści w walce z globalnym ociepleniem   Lomborg   2022-06-25
Efekt grupy – paskudny błąd poznawczy   Novella   2022-06-22
Nasiona z edytowanymi genomami będą miały przystępną cenę   Maina   2022-06-15
„Zapylisz mnie!”: nachalni bohaterowie świata roślin   Júnior   2022-06-11
Agroekologia zmienia biednych farmerów w biedniejszych   Muhumuza   2022-06-09
Kartofel z Matką Boską w jednej klapie i Karolem Marksem w drugiej   Koraszewski   2022-06-06
Jak nasze wspomnienia są powiązane   Novella   2022-06-04
Wielka Brytania dąży do zezwolenia na edytowanie genów   Novella   2022-06-02
„Grubogłowi przedsiębiorcy pogrzebowi w noc żywych trupów”   Júnior   2022-05-31
Coraz mniejsza część głównych plonów roślin jadalnych na świecie idzie na wyżywienie głodnych, a coraz więcej wykorzystuje się do celów niespożywczych     2022-05-28
Naukowiec z Ghany: “Afryka potrzebuje GMO bardziej niż reszta świata”   Gakpo   2022-05-26
GMO i edytowanie genów: jaka jest różnica?   Karavolias   2022-05-23
Toksyczny nektar, czyli ostrożnie z tureckim miodem   Júnior   2022-05-20
Kolejna nieudana i podyktowana ideologią próba wykazania, że płeć u ludzi nie jest binarna   Coyne   2022-05-18
Brian Charlesworth o błędach nowego artykułu rzekomo pokazującego, że fundamentalne założenie ewolucji neodarwinowskiej jest błędne   Coyne   2022-05-16
Trutnie i inni fruwający panowie   Junior   2022-05-13
Wygnanie z uniwersyteckiego świata – dwa lata później   Winegard   2022-05-10
Życie kwitnące po śmierci   Junior   2022-05-05
Organiczne środki owadobójcze są szkodliwe dla pożytecznych owadów     2022-04-30
Oxitec rozszerza próby z komarami GMO, by zredukować szerzenie się malarii   Conrow   2022-04-28
Słowa w wosku zapisane   Tonhasca Junior   2022-04-26
Rodzice, szkoła, państwo: kultura niskich oczekiwań   Koraszewski   2022-04-25
Nowoczesne ulepszanie roślin uprawnych przyjmuje historyczne podejście   Karavolias   2022-04-20
Pierwsza spożywcza roślina GMO w Ghanie   Baffour-Awuah   2022-04-16
Indie zwalniają edytowanie genów z wymaganej dla GMO oceny bezpieczeństwa   Paranjape   2022-04-11
Metamorfozy    Júnior   2022-04-09
Rolnicy nie mogą uprawiać tego, na co ich nie stać   Ongu   2022-04-07
Rośliny zmodyfikowane: odkłamać opinię o GMO   Conrow   2022-04-07
Odmowa szczelinowania jest szaleństwem   Ridley   2022-04-02
Jak wirusy chorób układu oddechowego ewoluują, by stać się łagodniejsze   Ridley   2022-03-22
Czy globalne ocieplenie może być dla nas dobre?   Ridley   2022-03-03
Południowa Afryka powinna przemyśleć regulacje dotyczące genetycznie modyfikowanych roślin   i Priyen Pillay   2022-03-01
Dlaczego środowiskowcy stanowią większą przeszkodę dla skutecznej polityki klimatycznej niż negacjoniści?   Boudry   2022-02-21
O figach i osach   Júnior   2022-02-18
Pień liczący 40 tysięcy lat przekazany Maorysom zamiast nauce   Coyne   2022-02-14
Propaganda anty-GMO obraża drobnych farmerów w Afryce i w Azji   Gakpo   2022-02-08
Jak “tubylcza medycyna” różni się od medycyny   Coyne   2022-02-07
Biotechnologia podnosi plony wysokobiałkowego afrykańskiego pochrzynu   Wetaya   2022-02-04
Spadanie w przepaść   Turski   2022-01-27
Czy koniki morskie coś nam mówią o LGBT? Błąd naturalistyczny popełniony przez Sussex Wildlife Trust   Coyne   2022-01-25
Ojczyznę wolną (od GMO) zachowują pany   Koraszewski   2022-01-22
Namawianie roślin, żeby podjęły ryzyko   Karavolias   2022-01-20
Czy uczenie się metodą prób i błędów jest „nauką”?   Coyne   2022-01-14
Czy gaz i energia jądrowa są “zielone”   Novella   2022-01-12
Ptasia grypa w czasach ludzkiej zarazy   Collins   2022-01-11
Rasa jest kontinuum. Płeć jest cholernie binarna   Dawkins   2022-01-10
Komiczne krzyki o klimatycznej Apokalipsie –— 50 lat nieuzasadnionego siania paniki   Lomborg   2022-01-06
Gnidy, o których PIS ci nie powie   Koraszewski   2022-01-05
Niebezpieczeństwo upolitycznienia nauki   Krylov   2022-01-01
Specjalne przesłanie do muzułmanów na całym świecie   Pandavar   2021-12-28
Nowe badania pokazują, że kraje rozwijające się płacą wysoką cenę za ograniczanie upraw roślin GMO   Maina   2021-12-25
Jajo, które wywołało sensację   Koraszewski   2021-12-24
Pięć powodów zakończenia debaty o GMO   Evanea   2021-12-16
Richard Dawkins pisze do “przyjaciół nauki i rozumu” w Nowej Zelandii   Coyne   2021-12-14
 Syntetyczna biologia oferuje obietnicę rozwiązania globalnego problemu z plastikiem   Agaba   2021-12-13
Nigeria wzywa Afrykę, by szła w jej ślady w sprawie GM wspięgi wężowatej   Opoku Gakpo   2021-12-09
Małe nietoperze idą do przedszkola   Koraszewski   2021-12-06
Afrykańscy naukowcy wzywają do polityki poparcia biologii syntetycznej i innych innowacji   Agaba   2021-12-02
Uprawy GMO zredukowały zatrucia farmerów pestycydami   Maina   2021-11-27
Czy genetyka może pomóc wyeliminować nierówność?   Coyne   2021-11-26
Matematyka i prawdziwa historia katastrofy klimatycznej   Lomborg   2021-11-24
Nigeria daje zielone światło kukurydzy GMO   Conrow   2021-11-22
Ugandyjscy studenci nalegają na powszechne stosowanie biotechnologii i uchwalenie prawa o biobezpieczeństwie   Agaba   2021-11-17
Organiczny eksperyment Sri Lanki   Novella   2021-11-16
Ruanda skwapliwie przyjmuje biotechnologię poprzez ekspansję OFAB   Meeme   2021-11-12
Sprzeciw wobec anulowania Huxleya   Coyne   2021-11-05
Farmerka z Kenii zbiera obfity plon z bawełny GM   Meeme   2021-11-04
Czarni uczeni i nauka o rasizmie   Koraszewski   2021-11-03
Kłusownictwo narzuca na słonie dobór w kierunku ewolucji słoni bez ciosów   Coyne   2021-11-01
Marnujemy naszą wielką szansę na edytowanie genów   Ridely   2021-10-29
“Czarne tygrysy” w małym indyjskim rezerwacie sugerują losowy dryf genetyczny   Coyne   2021-10-26
Wytwarzanie białek w roślinach przez rolnictwo molekularne   Novella   2021-10-20
Strzelby, zarazki, maszyny to zdecydowanie antyrasistowska książka. Dlaczego lewica jej nie kocha?   Barnett   2021-10-13
Nigeryjscy farmerzy nie mogą się doczekać wystarczających ilości GM nasion wspięgi wężowatej   Gakpo   2021-10-12
Dobór płciowy versus dobór naturalny: na przykładzie chrząszczy   Coyne   2021-10-08
Edytowanie genów kluczem do ulepszenia podstawowych upraw w Afryce   Abugu   2021-10-01
Bakłażan GMO jest udokumentowaną wygraną ubogich farmerów   Conrow   2021-09-23
O Jezu, wskrzeszają mamuta!   Koraszewski   2021-09-17
Wszystkie antyizraelskie wiadomości zasługują na publikację   Bard   2021-09-04
Tożsamość etniczna i rasa   Coyne   2021-08-30

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Nowy ateizm


Lomborg


„Choroba” przywrócona przez Putina


„Przebudzeni”


Pod sztandarem


Wielki przekret


Łamanie praw człowieka


Jason Hill


Dlaczego BIden


Korzenie kryzysu energetycznego



Obietnica



Pytanie bez odpowiedzi



Bohaterzy chińskiego narodu



Naukowcy Unii Europejskiej



Teoria Rasy



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,


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