Ученые: эволюция не останавливается даже в неизменной окружающей среде

Ричард Ленски (Richard Lenski) из университета штата Мичиган в Ист-Лансинге (США) и его коллеги начали свой эксперимент в 1988 году. Они поместили 12 идентичных популяций кишечной палочки в пробирки с жидкостью с питательными веществами и 25 миллиграммами глюкозы на литр и стали наблюдать за их эволюцией.

Каждый день ученые переносили по 1% бактерий в новые пробирки. Каждые 75 дней, что соответствует примерно 500 поколениям бактерий, ученые замораживали часть из них в качестве резерва, на случай, если с бактериями что-то случится и если понадобится «отмотать» эволюцию назад и запустить процесс заново с нужного момента.

Исследователи замеряли степень приспособленности бактерий к окружающей среде по тому, насколько быстрее своих предков они размножались. Сначала приспособленность кишечных палочек росла резко, но через некоторое время начала замедляться. К настоящему моменту она выросла на 70%.

Приспособленность всех 12 линий бактерий выросла примерно одинаково, хотя эволюционные пути у них были разными. Так, у половины линий появились дефекты в механизме починки ДНК, однако вместо того, чтобы вымереть, они стали мутировать быстрее, чем их сородичи.

Интересный результат возник на третьем году эксперимента, когда сменилось 6,5 тысячи поколений бактерий. В одной из пробирок появились два разных типа кишечных палочек.

Бактерии одного типа образовывали колонии, состоящие из относительно мелких клеток, а другого - колонии, состоящие из больших клеток. Ленски ждал, что либо один из типов бактерий вытеснит другой, либо они оба будут вытеснены каким-то третьим типом. Однако в пробирке сохранились оба типа бактерий, образовавшие экосистему, взаимодействие в которой позволяло выживать обоим.

В начале 2000-х Ленски увлекся возможностями компьютерного симулирования эволюционных процессов и чуть было не забросил эксперимент с бактериями. Однако он все же не сделал этого, и в январе 2003 года они преподнесли исследователям новый сюрприз.

Новый вид

Однажды Ленски и его коллеги обнаружили, что жидкость в одной из пробирок помутнела. Ученые предположили загрязнение и заменили популяцию ее последним замороженным образцом. Через три недели жидкость снова помутнела. На этот раз исследователи более пристально изучили эту популяцию и обнаружили, что бактерии выработали новый способ питания.

Вместо того, чтобы потреблять глюкозу, которой в растворе не так уж много, они перешли на цитраты (соли и эфиры лимонной кислоты). Это позволило им заселить пробирку гораздо плотнее, чем другим бактериям.

«Отматывая» эволюцию назад при помощи замороженных образцов, ученые установили, что способность питаться цитратами развивали несколько поколений, непосредственно предшествовавших появлению любителей цитратов. Это доказывает, что к появлению бактерий, питающихся цитратами, привела цепочка из нескольких мутаций, а не какое-то одно генетическое изменение.

Свои результаты Ленски и его коллеги представили научному сообществу в 2008 году. Они полагают, что бактерий-любителей цитратов можно считать новым видом.

Бесконечная эволюция

Принято считать, что, когда организмы попадают в новую среду, они сначала быстро приспосабливаются к ней, а когда им это удается, развитие останавливается. Последние результаты Ленски и его коллег опровергают эту точку зрения.

Ученые измерили приспособленность всех 12 бактериальных популяций в 41 точке их эволюционного пути. Ученые обнаружили, что пика своей приспособленности бактерии достигли примерно на 10-тысячном поколении, через 5 лет после начала эксперимента. Однако и сейчас, спустя 50 тысяч поколений, их развитие хоть и замедлилось, но не прекратилось совсем.

«Понятие пика приспособленности оказалось более эфемерным, чем я думал. Я думаю, приспособленность организмов может продолжать расти в течение миллионов лет», - пояснил Ленски.

Таким образом, ученые показали, что эволюция живых организмов не прекращается, даже если условия окружающей среды не изменяются.

Ленски не собирается прекращать свой эксперимент. «Становится все более и более очевидным, что краткосрочных экспериментов недостаточно. Каждой микробиологической лаборатории с достаточным количеством людей стоит задуматься о том, чтобы провести 20-тилетний эксперимент», - считает он.