Prawda

Sobota, 16 listopada 2019 - 00:20

« 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 1032 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

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
Niespodzianka! Koty są tak samo przywiązane do swojego personelu jak psy i niemowlęta   Coyne   2019-10-05
Oburzenie, stronniczość i niestabilność prawdy   Novella   2019-10-04
O zmianie klimatu: ludzkość nie jest „nikczemna”   Lomborg   2019-10-03
Postmodernizm wyjaśniony i krytykowany   Coyne   2019-09-30
Uzdrawianie kryształami   Novella   2019-09-26
Kolejna rewolucja w rolnictwie   Novella   2019-09-24
Opory przeciwko szczelinowaniu są oparte na ideologii, a nie na nauce   Jacoby   2019-09-23
St Paul Island część 5   Lyon   2019-09-21
Co to jest czerwona rtęć?   Novella   2019-09-20
Jaka sztuka siedzi w naszych genach i czy to aby nie kicz?   Koraszewski   2019-09-19
Fałszywe wspomnienia i Fake News   Novella   2019-09-18
Kolejna próba odrzucenia teorii Darwina   Coyne   2019-09-17
Choroba zielonych mięśni   Łopatniuk   2019-09-14
”Sygnalizowanie cnoty” może nas irytować. Cywilizacja byłaby jednak bez niego niemożliwa    Miller   2019-09-13
Foka Weddela wygryza w lodzie otwory do oddychania   Coyne   2019-09-12
DNA i Loch Ness   Novella   2019-09-11
Nowa i ważna czaszka hominina z Etiopii   Coyne   2019-09-10
St Paul Island, Część 4   Lyon   2019-09-06
Biały jak śnieg, żółciutki jak kaczuszka   Łopatniuk   2019-09-04
Pingwiny geje? Nie tak szybko   Coyne   2019-09-03
Czego może nas nauczyć była zwolenniczka antyszczepionkowców, Kelley Watson-Snyder     2019-08-30
Bezzbożowa karma dla psa   Novella   2019-08-29
Odrażające życie płciowe pingwinów białookich   Coyne   2019-08-28
Badanie akupunktury jako terapii na dławicę piersiową   Novella   2019-08-23
Pradawna gigantyczna papuga z Nowej Zelandii: metr wysokości i waga 7 kilogramów!   Coyne   2019-08-22
Alaska — nurniczki i obopólny dobór płciowy   Lyon   2019-08-20
Zła nauka promuje organiczne jabłka   Novella   2019-08-19
Gąsienica zmienia kolor, żeby dopasować się do podłoża nie używając oczu: potrafi widzieć skórą!   Coyne   2019-08-16
Pseudonaukowa histeria to nie jest dobra odpowiedź na klimatyczne wyzwania   Lomborg   2019-08-14
GMO i model deficytu wiedzy   Novella   2019-08-12
Po raz pierwszy użyto edytowania genów CRISPR do leczenia zaburzenia genetycznego – anemii sierpowatej   Coyne   2019-08-08
Maskonury z wyspy St. Paul na Alasce   Lyon   2019-08-07
Zbieg okoliczności czy prawo wielkich liczb?   Novella   2019-08-06
I pijcie łzy moje, czyste rzęsiste   Łopatniuk   2019-08-03
Kształtowanie opinii o nauce i medycynie   Novella   2019-08-02
Nowe badanie dotyczące zwrotu zgubionych portfeli: ludzie na świecie są uczciwsi niż myślisz, ale czytelnik wyliczył, że uczciwość jest większa w mniej religijnych krajach   Coyne   2019-08-01
Praktykowanie medycyny bez uprawnień nie jest wolnością słowa   Novella   2019-07-31
Radujcie się, Ziemia staje się zieleńsza   Ridley   2019-07-30
Spiski wokół ptaków   Novella   2019-07-29
Matt Meselson opisuje swój najsłynniejszy eksperyment (z Frankiem Stahlem)   Coyne   2019-07-26
Niemający rozeznania filozof twierdzi, że gatunki nie istnieją   Coyne   2019-07-23
Więcej złych wiadomości dla dilerów witamin   Novella   2019-07-22
Starożytny ptak z nadzwyczaj długim palcem   Coyne   2019-07-19
YouTube i szarlataneria leczenia raka dietą   Novella   2019-07-18
“Współczesny” Homo sapiens mógł być w Eurazji aż 210 tysięcy lat temu   Coyne   2019-07-17
Hodowanie mini-mózgów z komórek macierzystych   Novella   2019-07-15
Szczepionka HPV działa. Koniec kropka     2019-07-13
Efekt przechodnia   Novella   2019-07-11
Prątkiem w raka, czyli co ma gruźlica do raka pęcherza   Łopatniuk   2019-07-06
Opowieści o nauce zastępują fikcję w Teatrze Narodowym Ugandy   Ongu   2019-07-05
Pleśń w przestrzeni kosmicznej   Novella   2019-07-03
Pterozaury: Czy umiały latać od razu po wykluciu się?   Coyne   2019-07-02
Ludziom rosną rogi? – Złe informowanie o nauce   Novella   2019-07-01
Przemysł ”wellness”   Novella   2019-06-28
Nazywanie zmiany klimatu ”katastrofalną” utrudnia znalezienie realnych odpowiedzi   Lomborg   2019-06-26
Olbrzymie straszyki mają zostać ponownie wprowadzone na wyspę Lord Howe   Coyne   2019-06-25
Amonit (i masa innych stworzeń) znaleziona w birmańskim bursztynie   Coyne   2019-06-21
Ślubowanie o zniesieniu grzechu   Ridley   2019-06-20
Nowe informacje o dzieciach CRISPR   Novella   2019-06-17
Słonie mają fantastyczny węch (lepszy niż psy): są jedynymi zwierzętami, które potrafią rozróżnić inne ilości pokarmu tylko po zapachu   Coyne   2019-06-14
Indyjscy farmerzy wysiali ziarna GMO w proteście obywatelskiego nieposłuszeństwa     2019-06-13
Chcąc zadowolić antyaborcjonistów administracja Trumpa tnie finansowanie badań medycznych przy użyciu tkanki płodowej   Coyne   2019-06-11
Triumf Mao: Światowa Organizacja Zdrowia oficjalnie akceptuje szarlatanerię tradycyjnej chińskiej medycyny     2019-06-04
Ale jak to bezbarwnikowy?   Łopatniuk   2019-06-01
Na zdrowie: izraelscy naukowcy warzą piwo na ”wskrzeszonych” drożdżach sprzed 5000 lat     2019-05-31
Skąd wiemy to, co wiemy?   Novella   2019-05-28
Samice bonobo (ale nie samice szympansów) pomagają swoim synom w zdobywaniu partnerek   Coyne   2019-05-25
Dlaczego ludzie sprzeciwiają się technologiom, które zmniejszają szkody?   Ridley   2019-05-24
Nowa praca o nielotnych chruścielach rażąco przesadzona i wypaczona w popularnych mediach   Coyne   2019-05-22
Trenowanie sztucznej inteligencji, żeby widziała jak człowiek   Novella   2019-05-21
A polać wielką wodą…   Cipiur   2019-05-18
Wykrywanie kłamstw w mózgu   Novella   2019-05-17
Walka o zachowanie bioróżnorodności   Ridley   2019-05-15
Niezwykły przypadek mimikry: skaczący pająk naśladuje gąsienicę   Coyne   2019-05-14
Selektywnie stosowana koncepcja tabula rasa i ideologicznie motywowane nieporozumienia   Cory Clark   2019-05-09
Dlaczego szarlatani nie powinni nadzorować sami siebie     2019-05-08
Kiedy naukowcy nie tolerują odmiennego zdania   Weber   2019-05-07
Przegapione odkrycia w historii nauki   Ridley   2019-05-02

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

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



Arabowie



Roboty będą uprawiać ziemię



Sumienie, czyli moralność bez smyczy



Skomplikowana ewolucja



Argument neuroróżnorodności



Nowe badanie pamięci długotrwałej


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