Í skrefum og stökkum

Richard Lenski setti árið 1988 upp litla tilraun, með því að skipta erfðafræðilega einsleitri rækt af E. coli í 12 flöskur og svelta þær. Bakteríurnar fengu daufa glúskósalausn og áttu ósköp bágt. Þær örfáu bakteríur sem lifðu næsta morgun vor fluttar í nýjar flöskur með sömu lausn...og svo koll af kolli.

Þær bakteríur sem stóðu sig best á þessum þrönga kosti gátu af sér nýjar frumur, og þær svo aðrar. E. coli ræktir eru með milljónir og jafnvel milljarða frumna, þannig að einhverjar stökkbreytingar urðu. Flestar stökkbreytingar eru auðvitað skaðlegar, en sumar gerðu gerlunum kleift að nýta glúkósann betur og gáfu þeim þar með forskot í baráttunni fyrir lífinu. Lenski hafði vit á því að taka sýnishorn af öllum stofnum með reglulegu millibili og geyma í frysti (E. coli þolir frost ljómandi vel, sem hagnýtt í sameindaerfðafræði).

Lenski og samstarfsmenn hafa samviskusamlega matað gerlana öll þessi ár og orðið vitni að þróun. Ekki svo að skilja að aðrir hafi ekki fylgst með þróun gerast, t.d. á Galapagoseyjum, gljúfrum Ísraels, erfðamengi mannsins eða fiðrildum á Bretlandseyjum, en málið er að Lenski og félagar hafa fylgst með breytingum yfir 40.000 kynslóðir. Margt gerist á slíkum tíma...

Þeir hafa kortlagt margskonar breytingar á ensímvirkni sem hafa þróast í þessum stofnum. Breytingarnar voru flestar smáar, og undirstrika að þróun gerist í litlum skrefum, gazellan hleypur alltaf örlítið hraðar, eða augu arnanna sjá dálítið betur... Breytingar á ensímvirkni er meiriháttar mál fyrir gerla sem þurfa að brjóta niður efnasambönd til að nýta sem orku og hráefni. Í mörgum tilfellum þróaðist virknin á sama hátt, í nokkrum einangruðum flöskum. Í þróunarlegum skilningi er í sumum tilfellum ein besta/stysta leið til Rómar. (Þetta undirstrikar að þróun getur einnig verið ákvörðuð, jafnvel á sviði gena og prótína).

Það nýjasta sem Lenski og félagar hafa uppgötvað er að vissir E. coli stofnar öðluðust hæfileika til að nýta sítrat (e. "citrate") (PNAS 2008) Upprunalegu stofnarnir voru ekki með neina slíka virkni, þannig að þetta jafngildir þróunarlegu stökki, nýr eiginleiki varð til óforvarandis. Þróun gerist í smáum skrefum og einstaka stökkum...þannig geta einfruma lífverur orðið að fjölfrumungum sem síðar nema land...o.s.frv. 

Möguleiki á þessu þróunarlega stökki opnaðist frekar seint í gerlum Lenskis. Með því að skoða frosna stofna kom í ljós að tíðni stökkbreytinga sem leiddu til sítratnýtinga var mun lægri í stofnum sem safnað var fyrir 20.000 kynslóð. Einhverjar erfðabreytingar við kynslóð 20.000 gerðu sítratþróunarstökkið mögulegt. Þetta sýnir okkur að þróun gerist einnig eins og húsbygging, veggur rís af grunni.

Frekari lesning á vefsíðu Carl Zimmers og eldri grein hans í New York Times.

E.s. Skrifin verða stopulli í sumar vegna leyfa og ferðalaga.