Prawda

Czwartek, 4 czerwca 2020 - 12:17

« 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 1110 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

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
Prowokator czy prowokowany?   Witkowski   2020-04-24
Nauka on-line jest skuteczna   Novella   2020-04-23
Mądrość w pułapce autorytetu   Witkowski   2020-04-18
Znaleziono najstarszego “bilaterian”: odkryto podobne do robaka stworzenie wraz z jego skamieniałymi śladami   Coyne   2020-04-16
Nietoperze i pandemia   Ridley   2020-04-14
Pandemia ludzkiej głupoty   Novella   2020-04-12
W miarę postępu badań natura naszego wroga staje się coraz wyraźniejsza   Ridley   2020-04-04
Wzmacnianie układu odpornościowego podczas pandemii   Novella   2020-04-02
Dlaczego ten wirus inaczej dotyka pokolenia?   Ridley   2020-03-30
Czaszka maleńkiego dinozaura/ptaka znaleziona w bursztynie   Coyne   2020-03-27
Szczepionka na koronawirusa nie przybędzie szybko   Ridley   2020-03-25
Niebawem dowiemy się jak solidna jest nasza cywilizacja   Ridley   2020-03-23
Żywotność wirusa Covid-19 na różnych powierzchniach (rada: używaj rękawiczek, kiedy odbierasz paczki i nie otwieraj ich przez 24 godziny)   Coyne   2020-03-21
Dzień był krótszy 70 milionów lat temu   Novella   2020-03-20
Jak często powstają ptasie hybrydy?   Coyne   2020-03-18
Mózgi noworodków   Novella   2020-03-16
Twierdzenie o białku i DNA dinozaurów   Novella   2020-03-10
Porażka jest stałym elementem pracy naukowca   Konrad Bocian   2020-03-07
Jak myśleć o naszych problemach   Tupy   2020-03-03
Dlaczego tak wiele nowych wirusów pochodzi od nietoperzy?   Ridley   2020-02-29
Odkrycie antybiotyku przez AI   Novella   2020-02-27
Wizyta w Andach u łysek rogatych   Lyon   2020-02-26
Zioła nie pomagają na utratę wagi   Novella   2020-02-25
Dawkins pisze tweeta   Coyne   2020-02-24
W obronie binarności płci u ludzi   Coyne   2020-02-21
Nie palmy pieniędzy na ołtarzu zielonej manii   Lomborg   2020-02-20
Więcej dowodów ewolucji: końskie zarodki zaczynają tworzyć pięć palców, a cztery zawiązki znikają   Coyne   2020-02-18
Homeopatyczny rentgen   Novella   2020-02-14
Różnice płci w wyborze zabawek: chłopcy bawią się chłopięcymi zabawkami, dziewczynki dziewczęcymi zabawkami   Coyne   2020-02-13
Śmiertelność z powodu raka nadal spada wbrew twierdzeniom szarlatanów     2020-02-11
Odkrycie w immunologii, a leczenie nowotworów   Novella   2020-02-10
Ponowne psucie nauki przez ideologię: ”Slate” wypacza biologię ewolucyjną, by wyglądała na kapitalistyczną i antysocjalistyczną   Coyne   2020-02-07
Flamingi z braku łysek rogatych   Lyon   2020-02-06
Moja ostatnia praca badawcza. Część 3: Znaczenie   Coyne   2020-02-04
Moja ostatnia praca badawcza. Część 2: Wyniki   Coyne   2020-02-03
Moja ostatnia praca badawcza: Część 1: Cele i metody   Coyne   2020-02-01
Ewolucyjne wyjaśnienie nienaukowych przekonań   Bretl   2020-01-31
Zdumiewająca mimikra   Coyne   2020-01-27
Reality check: Pęd do szybkiej „zerowej” emisji to gwarancja przegranej   Lomborg   2020-01-27
Sfuszerowany artykuł o biologii w „Washington Post”   Coyne   2020-01-24
Punkty dla Ameryki w konflikcie między Iranem i USA   Destexhe   2020-01-24
Zbliżanie się do rozumienia pamięci   Novella   2020-01-22
Z perspektywy naszego kurnika   Witkowski   2020-01-16
Fałszywa pokora nie uratuje planety   Boudry   2020-01-09
Złoty ryż zatwierdzony na Filipinach   Novella   2020-01-07
Cudowna animacja DNA i komórek   Coyne   2020-01-06
Dychotomiczne myślenie, niepewność i zaprzeczanie nauce     2020-01-01
Mieliśmy najlepszą dekadę w historii. Naprawdę   Ridley   2019-12-31
Kreacjonista opowiada się za ”argumentem z niedowierzania”   Coyne   2019-12-26
Biologia męskiej agresji i dlaczego nie jest to tylko „socjalizacja”   Coyne   2019-12-24
Wydajność, wyzysk, wybory   Koraszewski   2019-12-23
Społecznościowe finansowanie szarlatanerii   Novella   2019-12-20
Wykład Dawkinsa o czerpaniu odwagi z darwinizmu   Coyne   2019-12-18
Uprawy GM, takie jak Złoty Ryż, uratują życie setek tysięcy dzieci   Ridey   2019-12-13
Darwin, lisy i inne ssaki na Falklandach   Mayer   2019-12-11
Wirtualna edukacja   Novella   2019-12-03
Teoria klasy próżniaczej Thorsteina Veblena – uaktualnienie statusu   Henderson   2019-12-02
Punkt szczytowy inteligencji   Novella   2019-11-30
Likwidowanie przeziębienia miedzią   Novella   2019-11-27
Dlaczego wyjaśnianie problemów przez biały przywilej jest niesłuszne   Rob Henderson   2019-11-25
LiveScience zachwala panpsychizm jako rozwiązanie trudnego problemu świadomości   Coyne   2019-11-22
Jak walczyć z firehosing   Novella   2019-11-19
Odwołajcie antyszczepionkową konferencję w Tel Awiwie   Blum   2019-11-15
Ewolucja dwunożności   Novella   2019-11-14
Granice „przeskoczenia” progu opłacalności   Lomborg   2019-11-13
Dlaczego nie żyjemy w epoce post-prawdy   Pinker   2019-11-11
Śledząc pochodzenie człowieka   Novella   2019-11-09
Skamieniałe trylobity idące gęsiego. Ale dlaczego to zrobiły?   Coyne   2019-11-06
Saga o złotym ryżu   Novella   2019-11-04
Kolejne badanie rolnictwa organicznego   Novella   2019-11-02
Fabrizio Benedetti pyta: “Czy badania placebo wzmacniają pseudonaukę?”     2019-11-01
Nathaniel Comfort raz jeszcze: nauka nie czyni postępów (czy może robi to?)   Coyne   2019-10-31
Pochwała jednoznaczności   Witkowski   2019-10-29
Stare i nowe  troski o bezpieczeństwo żywnościowe   Ongu   2019-10-28
Powrót Adama i Ewy jako rzeczywistych ludzi, jak proponuje kolejna pseudonaukowa teoria   Coyne   2019-10-25
Pradawne przechowywanie żywności   Novella   2019-10-24
Artykuł w naukowym piśmie ”Nature” dyskredytuje naukę i „scjentyzm”, kwestionuje wartości Oświecenia   Coyne   2019-10-22
Błogosławieni ci, którzy wycofują   Jacoby   2019-10-19
Pro-life czyli czarodziej z Krotoszyna   Koraszewski   2019-10-18
Biologia rozwoju ujawnia ewolucyjną historię   Novella   2019-10-15
Niebezpieczne życie antropologa   Blackwell   2019-10-12
Swędzikami jesień się zaczyna   Łopatniuk   2019-10-11
Jak wieloryb stracił swoje geny   Coyne   2019-10-10
Używanie sztucznej inteligencji do diagnozy   Novella   2019-10-08

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica


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