บทความเบื้องหลังนี้จัดทำขึ้นเพื่อ Livescience โดยร่วมมือกับมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ
นักชีววิทยาวิวัฒนาการ Richard Lenski บางครั้งคิดว่ามีผลไม้ดั้งเดิม 12 ชิ้นของ E. coli เป็นการทดลองที่ให้การให้
เขาและเพื่อนร่วมงานของเขาเลี้ยงดูตัวอย่างเหล่านี้และลูกหลานของพวกเขา - 52,000 ชั่วอายุคนและการนับ - มานานกว่า 23 ปีทุกวันโดยไม่มีเวลาหยุดสำหรับวันหยุดหรือวันหยุดสุดสัปดาห์
ในแง่ของรุ่นมันเป็นการทดลองวิวัฒนาการที่ยาวที่สุดในประวัติศาสตร์ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญนับไม่ถ้วนเกี่ยวกับวิธีการที่แบคทีเรียกลายพันธุ์และปรับตัวเมื่อเวลาผ่านไป
“ มันมีชีวิตของตัวเอง” Lenski กล่าวถึงการศึกษาซึ่งเริ่มขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ 1988“ มันน่าทึ่งมากที่ระบบที่เรียบง่ายนี้ซับซ้อนนี้กลายเป็น - มันทำให้เราประหลาดใจเสมอ ''
ประชากร 12 คนอาศัยอยู่ในศูนย์บ่มเพาะในห้องปฏิบัติการของ Lenski ที่มหาวิทยาลัยรัฐมิชิแกนขวดน้ำแต่ละโหลผลิตประมาณเจ็ดรุ่นใหม่ทุก 24 ชั่วโมง ทุกวันนักวิทยาศาสตร์จะใช้ร้อยละหนึ่งของประชากรแต่ละคนและถ่ายโอนไปยังขวดกลูโคสสดสื่อการเจริญเติบโต พวกเขายังใช้ตัวอย่างทุก ๆ 500 ชั่วอายุคนและแช่แข็งเพื่อการศึกษาในภายหลัง
“ สิ่งที่เรียบร้อยคือคุณสามารถนำพวกเขากลับมามีชีวิตด้วยการละลายพวกเขา” Lenski กล่าว “ เนื่องจากเรามีซีรีย์เวลาแช่แข็งนี้เราสามารถทำสิ่งต่าง ๆ ได้มากมายเราสามารถเปรียบเทียบโดยตรงและแม้กระทั่งการแข่งขันแบคทีเรียจากรุ่นต่าง ๆ เราสามารถวัดการปรับปรุงในการออกกำลังกายโดยตรงเราสามารถเปรียบเทียบสิ่งมีชีวิตที่มีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาต่าง ๆ
การทดลองได้รับการออกแบบมาเพื่อถามเกี่ยวกับความสามารถในการทำซ้ำของวิวัฒนาการ "ถ้าเราดูความตึงเครียดระหว่างการสุ่มของการกลายพันธุ์และความสามารถในการคาดการณ์ของการเลือกโดยธรรมชาติวิวัฒนาการจะเกิดขึ้นได้อย่างไรเมื่อคุณรวมทั้งสองเข้าด้วยกัน" Lenski กล่าว “ นั่นคือสิ่งที่การทดลองระยะยาวนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมาเราได้เห็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจทุกชนิด”
พวกเขาสามารถเห็นอัตราการกลายพันธุ์ของตัวเองพัฒนาขึ้นรวมทั้งสังเกตการปรับปรุงอย่างมากในความสามารถในการแข่งขันของแบคทีเรีย
ตัวอย่างเช่นเมื่อเร็ว ๆ นี้ในการรายงานการทำงานในประเด็นวิทยาศาสตร์เมื่อต้นปีที่ผ่านมานักวิจัยพบว่าหนึ่งบรรทัดของอีโคไลได้ผลิตจีโนไทป์ที่โดดเด่นสองตัวหลังจาก 500 ชั่วอายุคนหนึ่งในนั้นมีความแข็งแกร่งมากกว่าอีกรุ่นหนึ่งเติบโตในอัตราที่เร็วขึ้นประมาณหกเปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตามหลังจาก 1,000 ชั่วอายุคนมีเพียงประเภทเดียวเท่านั้นที่เหลือ
สำหรับความประหลาดใจของนักวิจัยมันไม่ใช่ความเครียดที่ก่อนหน้านี้เป็นคนที่แข็งแกร่งกว่าของทั้งสอง - แทนที่จะเป็นคนที่อ่อนแอกว่าในตอนแรก เกิดอะไรขึ้นในช่วงรุ่นแทรกแซงเหล่านั้น? สายพันธุ์ "น้อยกว่า" จัดการได้อย่างไร?
นักวิจัยตั้งทฤษฎีว่าหนึ่งในสองสิ่งเกิดขึ้น ไม่ว่าจะเป็นโชคดีสำหรับความเครียดที่ชนะ "เช่นเดียวกับผู้เล่นโป๊กเกอร์ที่ไม่มีฝีมือได้รับการจัดการมือที่ชนะ" Lenski กล่าวหรือความเครียดนั้นสามารถปรับตัวได้มากขึ้นและได้รับการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์
ธรรมชาติของการทดลองนี้ทำให้นักวิจัยสามารถย้อนเวลากลับไปและสร้างกระบวนการวิวัฒนาการขึ้นใหม่ นักวิทยาศาสตร์ละลายผู้ชนะในที่สุดจากรุ่นที่ 500 และเริ่มต้น 20 บรรทัดใหม่ พวกเขาทำเช่นเดียวกันกับผู้แพ้ในที่สุด พวกเขาอนุญาตให้แบคทีเรียละลายทั้งหมดทำซ้ำเป็นเวลา 883 ชั่วอายุคนเพื่อดูอีกครั้งว่าใครจะชนะ - ผลลัพธ์มักจะเหมือนกัน เต่าซึ่งพอดีน้อยลงในระยะสั้นยังคงเอาชนะกระต่าย
“ เราได้จัดลำดับจีโนมเรารู้ว่าการกลายพันธุ์ใดในที่สุดชนะดังนั้นเราจึงต้องการเล่นซ้ำประวัติศาสตร์ของเชื้อสาย” Lenski กล่าว "ปรากฎว่าสมมติฐานที่สองของเราพิสูจน์ได้ว่าถูกต้องความเครียดที่ชนะในที่สุดแม้ว่ามันจะมีความเหมาะสมน้อยกว่าในขณะนี้มีศักยภาพในอนาคตมากขึ้นและมีการพัฒนามากขึ้น"
ในปี 2008 พวกเขารายงานการปรับตัวที่สำคัญอีกครั้ง หนึ่งใน 12 ประชากรของพวกเขาได้พัฒนาความสามารถในการใช้แหล่งคาร์บอนใหม่ซิเตรตเพื่อพลังงาน - พรสวรรค์ที่บรรพบุรุษไม่ได้มี
ต้องใช้เวลามากกว่า 30,000 ชั่วอายุคนสำหรับประชากรคนหนึ่งที่สามารถใช้ซิเตรตได้อย่างน่าทึ่งตั้งแต่ "สปีชีส์ทั้งหมดของอีโคไลได้รับการกำหนดว่าไม่สามารถใช้แหล่งคาร์บอนนั้นได้ "Lenski กล่าว (Citrate Long เป็นส่วนผสมมาตรฐานใน" สูตร "การเจริญเติบโต" ที่ใช้ใน Lenski Lab แม้ว่าสิ่งมีชีวิตไม่เคยใช้มาก่อน)
"มันเป็นการกลายพันธุ์ที่หายากที่อาจเกิดขึ้นกับประชากร 12 คนและในเวลาใดก็ตามหรือไม่หรือเป็นการสะสมเหตุการณ์หลังจากเหตุการณ์ที่ทำให้ประชากรกลุ่มนี้ได้รับวิถีที่แตกต่างจากอีก 11 คน?" Lenski ถาม "หนึ่งในนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของฉัน Zachary Blount มองไปที่ 10 ล้านล้านเซลล์บรรพบุรุษจากบรรพบุรุษดั้งเดิมของประชากรทั้ง 12 คนเพื่อดูว่าพวกเขาสามารถพัฒนาความสามารถในการใช้ซิเตรตไม่ได้หรือไม่เขาแสดงให้เห็นว่าจากบรรพบุรุษคุณไม่สามารถไปได้หรือไม่
อย่างไรก็ตาม "มันเป็นไปได้ในรุ่นต่อ ๆ ไปเนื่องจากบริบททางพันธุกรรมมีการเปลี่ยนแปลงในวิธีที่จะอนุญาตให้ประชากรกลุ่มนี้สร้างการกลายพันธุ์นี้" Lenski กล่าวเสริม "ความเป็นไปได้ที่จะทำให้การเปลี่ยนแปลงนี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากในบริบทของประวัติศาสตร์ของประชากรนี้
นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ DDDanother ในห้องแล็บ Brian Wade ได้เริ่มการทดลองแบบสปินออฟเพื่อดูว่าแบคทีเรียสามารถพัฒนาได้ในลักษณะที่ทำให้พวกเขาทนต่อการอบแห้งได้หรือไม่ สิ่งนี้อาจมีความหมายที่สำคัญสำหรับการจัดการอาหารตั้งแต่ส่วนใหญ่อีโคไลวันนี้ "จะตายอย่างรวดเร็วนั่งอยู่บนเคาน์เตอร์แห้ง" Lenski กล่าว “ เขาสามารถแสดงให้เห็นว่าภายในไม่กี่เดือนเขาสามารถเลือกได้อีโคไลนั่นคือการรอดชีวิตจากความเครียดนี้ได้ดีกว่าบรรพบุรุษของพวกเขา "
ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาขวดที่มีหมายเลขในการทดลองระยะยาวดั้งเดิมได้พัฒนา "บุคลิก" ของตัวเอง "Lenski กล่าวโดยบางคนมีอัตราการกลายพันธุ์ที่สูงกว่าคนอื่น ๆ ที่ทำให้พวกเขาพัฒนาแตกต่างกัน "ประชากรซิเตรตมีความหนาแน่นมากขึ้นเพราะพวกเขาไม่เพียง แต่ได้รับกลูโคสเท่านั้น แต่พวกเขายังได้รับการช่วยเหลือครั้งที่สองด้วย"
ประมาณสิบปีที่ผ่านมา Lenski พิจารณายุติการทดลอง แต่ถูกเพื่อนร่วมงานพูดคุยกัน “ เมื่อฉันเริ่มมีส่วนร่วมในการวิจัยด้วยคอมพิวเตอร์บางอย่างฉันเริ่มเบื่อกับแบคทีเรียเล็กน้อย” เขากล่าว "การทดลองที่ไม่มีที่สิ้นสุดนั้นเกือบจะเหมือนแอกรอบคอของฉัน แต่เพื่อนร่วมงานของฉันพูดว่า: 'คุณไม่สามารถเลิกได้' มันกลายเป็นสถาบันมากเกินไป
การทดลองได้ต้องทนกับความล้มเหลวของพลังงานเป็นครั้งคราวศูนย์บ่มเพาะความผิดปกติและขวดที่แตกหัก
“ เราทำผิดพลาด แต่นั่นคือความงามของการมีแบคทีเรียแช่แข็ง” Lenski กล่าว “ เมื่อเรามีอุบัติเหตุเรากลับไปเป็นครั้งสุดท้ายที่เราแข็งตัวพวกเขาตู้แช่แข็งมีการสำรองข้อมูลด้วยเราไม่เคยสูญเสียช่องแช่แข็งเรามีความกลัวเล็กน้อย แต่สิ่งต่าง ๆ ได้ผลเสมอไป”
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับงานของ Lenski ให้ดูสิ่งต่อไปนี้วิดีโอและอ่านเรียงความของ Lenski"วิวัฒนาการ: อดีตปัจจุบันและอนาคต"
หมายเหตุบรรณาธิการ:งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) หน่วยงานรัฐบาลกลางถูกเรียกเก็บเงินจากการระดมทุนการวิจัยขั้นพื้นฐานและการศึกษาในทุกสาขาของวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม ความคิดเห็นการค้นพบและข้อสรุปหรือคำแนะนำใด ๆ ที่แสดงในเนื้อหานี้เป็นของผู้เขียนและไม่จำเป็นต้องสะท้อนมุมมองของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ดูเบื้องหลังการเก็บถาวร-
