Eksperyment Lenskiego trwa od 68 000 pokoleń

Przed niemal 30 laty, 24 lutego 1988 roku Richard Lenski umieścił w 12 kolbach bakterie E.coli, kolby włożył do wstrząsarki i pozostawił całość na noc w temperaturze 37 stopni Celsjusza. W każdej kolbie znajdowało się tyle pożywki, by bakterie zużyły ją do rana. Każdego ranka Lenski lub ktoś z jego laboratorium, pobierał 100 mikrolitrów z każdej kolby, umieszczał roztwór w nowej kolbie, dodawał pożywkę wystarczającą do rana i umieszczał całość we wstrząsarce. Co 75 dni, czyli co mniej więcej 500 generacji, część roztworów z bakteriami wędrowała do zamrażarki.

Kurczenie się zasobów pożywienia wywołuje silną presję ewolucyjną, a eksperyment zapoczątkowany przez Lenskiego pozwala tę ewolucję prześledzić.

Niezbędnym elementem całego eksperymentu jest zamrażarka, w której kultury bakterii są przechowywane w temperaturze -80 stopni Celsjusza. Każdą z zamrożonych generacji można przywrócić do życia i porównać z tymi, które obecnie znajdują się we wstrząsarce.

W 1996 roku MacArthur Foundation przyznała Lenskiemu grant na kontynuowanie eksperymentu. Od czasu jego rozpoczęcia minęło wówczas około 17 000 generacji bakterii. Eksperyment kontynuowany jest do dzisiaj. Pojawiło się już ponad 68 000 generacji bakterii.

Wszystkie bakterie żyją w identycznym środowisku. Żywią się glukozą, której zasoby kończą się po 24 godzinach, a zmniejszające się zasoby pożywienia to jedyna presja środowiskowa jakiej doświadczają organizmy.

Naukowcy już wiedzą, że zdolności konkurencyjne we wszystkich 12 kulturach zwiększyły się w czasie eksperymentu. Komórki bakterii są większe, bardziej efektywnie wykorzystują glukozę i rosną szybciej. Tempo udoskonalania się spadło w czasie, ale nie zmniejszyło się tempo mutacji genetycznych. U wszystkich 12 populacji zaobserwowano, że mutacje występują zwykle w tym samym zestawie genów, jednak nie są to takie same mutacje. Okazało się, że każda z populacji w sobie właściwy sposób osiąga te same cele. Zdaniem Lenskiego nawet teraz, po ponad 68 000 pokoleń wciąż jest miejsce na udoskonalenie.

Eksperyment pozwolił na dokonanie interesujących spostrzeżeń. Okazało się na przykład, że po około 20 000 pokoleń jedna z 12 kultur wyewoluowała zdolność żywienia się kwasem cytrynowym. Obecnie pozostaje ona jedyną kulturą wykorzystującą kwas cytrynowy i coraz słabiej radzi sobie z wykorzystywaniem glukozy. Jako że niemożność metabolizowania kwasu cytrynowego jest jednym ze znaków rozpoznawczych E. coli powstaje tutaj pytanie, czy mamy nadal do czynienia z E. coli czy tez z nowym gatunkiem.

Lenski porównał też genom swoich bakterii, by sprawdzić dynamikę ewolucji na poziomie molekularnym. Okazało się, że 6 z 12 kultur mutuje bardzo szybko, a 6 pozostałych mutuje powoli. Kultura, która korzysta z kwasu cytrynowego należała do drugiej grupy, u której mutacje niemal nie zachodziły, jednak od czasu, gdy korzysta z nowego źródła pożywienia zaczęła mutować szybko, doskonaląc swoją nową umiejętność.

Tempo mutacji nie jest równomierne. Dotychczasowe badania wykazały, że w krótkim odstępie czasu dochodzi do wielu nowych mutacji, a potem zmiany te konkurują pomiędzy sobą o dominację. Nie zawsze jednak jedna z mutacji wygrywa. Zwykle pojawiają się subkultury bakterii w każdej z kolb. Subkultury te współżyją ze sobą, a liczebność każdej z nich zmienia się w czasie w stosunku do innych.

ewolucja Richard Lenski bakteria pokolenie