Jedną z rzeczy, jakie lubię w blogach, które trwają latami, jest możliwość powrotu do długotrwających opowieści, kiedy tylko chcę. A jedna z najdłużej trwających opowieści ma miejsce w laboratorium w Michigan State University i dzieje się od 1988. W tym roku biolog o nazwisku Richard Lenski zaczął hodować Escherichia coli od jednego mikroba. Bakterie, które hoduje w wielu odrębnych probówkach stoją wszystkie przed tą samą trudnością: muszą znieść dietę głodową, jakiej nie musieli znosić ich rozpieszczani w laboratoriach przodkowie.
Bakterie rozmnażają się co kilka godzin. Każdego ranka naukowcy pobierali kilka kropli z każdej probówki i przenosili kolonistów do nowej. Powstawały mutacje, które dziedziczyli potomkowie. Niektóre pomagały bakteriom we wzroście kolonii szybszym niż ich kuzynki, a dobór naturalny szerzył je w populacji.
Minęło 25 lat – i 50 tysięcy pokoleń – od kiedy Lenski zaczął eksperyment i nie zamierza go kończyć. Tutaj kilka artykułów jakie napisałem o tym przez lata:
– W 2007 r. napisałem o Lenskim i dziedzinie ewolucji eksperymentalnej dla “New York Times”.
– W 2008 r. poświęciłem pracy Lenskiego rozdział książki Microcosm, która jest biografią E. coli. Jeśli Google będzie współpracować, zamieszczę ten rozdział tutaj. Poniżej są posty z blogu...
– W 2009 r. napisałem artykuł dla BBC Knowledge
– Jedna z linii rodowych bakterii Lenskiego poszła nawet w nieoczekiwanym kierunku, ewoluując zdolność odżywiania się cytrynianem w obecności tlenu. Może to reprezentować narodziny nowego gatunku. Pisałem o tym na blogu tutaj i tutaj.
Niemniej wiele jeszcze można dowiedzieć się od tych mikrobów. W tym tygodniu w “Science” Lenski i dwóch członków jego laboratorium - Michael J. Wiser i Noah Ribeck– opisują jak przyjrzeli się bliżej ewolucji bakterii przez cały czas trwania eksperymentu.
Lenski jest obsesyjnym zbieraczem i to nadało eksperymentowi wielką moc. Razem ze swoim zespołem zamraża bakterie co 500 pokoleń, wypełniając nim zamrażarkę za zamrażarką. Mogą potem rozmrażać kilka bakterii i wkładać do pojemnika z najnowszym pokoleniem, żeby zobaczyć jak kolonie obu grup rosną w identycznych warunkach. Pomyśl o tym jak o mikrobowych Hunger Games.
Te zawody pozwalają naukowcom na dokładne ustalenie tego, co znane jest jako dostosowanie względne – miara doboru naturalnego. We wczesnych latach eksperymentu dostosowanie bakterii rosło bardzo szybko. W ciągu 5 tysięcy pokoleń kolonie wszystkich 12 linii rosły o 50% szybciej niż oryginalne mikroby, z którymi Lenski rozpoczął eksperyment. Potem zwolniły. W 20 tysięcznym pokoleniu były o 75% szybsze.
Te wyniki prowadziły do oczywistego pytania: czy bakterie dochodziły do kresu zwiększania dostosowania? Można myśleć o ewolucji w takich wypadkach jak o górze, przy czym przeciętne dostosowanie populacji znajdowałoby się na różnych wysokościach góry. Być może bakterie w laboratorium Lenskiego wspinały się na strome zbocza na niskich wysokościach. Teraz jednak dochodziły do łagodnych stoków tuż przed osiągnięciem szczytu góry.
Naukowcy rozmrozili kilka bakterii i wystawili je przeciwko sobie wzajemnie. Okazuje się, że także po 50 tysiącach pokoleń bakterie nadal nabierają szybkości. Między pokoleniami 40-tysięcznym i 50-tysięcznym ich dostosowanie wzrosło o 3%.
Następnie naukowcy urządzili zawody między najnowszymi bakteriami a ich przodkami z 41 pokoleń z wszystkich 25 lat. Dane nie wskazują, że góra robi się płaskowyżem. Zamiast tego najlepszą krzywą daje stosunek matematyczny zwany prawem potęgowym. W tym modelu bakteria będzie ulepszała się małymi krokami w przyszłości, ale nigdy nie przestanie być coraz lepsza. Prawo potęgowe jest tak dobre, że naukowcy mogą wstawić dane tylko do 20-tysięcznego pokolenia, a potem ściśle przewidzieć kolejne 20 tysięcy pokoleń.
