E.Coli και εξέλιξη

 

Το βακτήριο αυτό είναι πολύ συνηθισμένο. Περίπου εκατό δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια απο αυτά ζούν σε ολόκληρο τον κόσμο ανά πάσα ώρα και στιγμή. Από αυτά, περίπου ένα δισεκατομμύριο βρίσκονται αυτή τη στιγμή στο δικό σας παχύ έντερο. Τα περισσότερα από αυτά είναι άκακα ή ακόμα και ωφέλιμα, ενίοτε μπορεί να αποβούν θανατηφόρα. Παρότι οι μεταλλάξεις είναι σπάνιες, επειδή ο πληθυσμός τους είναι τεράστιος, η περιοδική εξελικτική μεταβολή είναι αναμενόμενη. Ακόμη και αν η πιθανότητα γονιδιακής μετάλλαξης είναι μία στο ένα δισεκατομμύριο, ο πληθυσμός των βακτηρίων είναι τόσο κολοσσιαίος που σχεδόν κάθε γονίδιο του γονιδιώματος υπόκειται καθημερινά μιά μετάλλαξη σε κάποιο μέρος του κόσμου.

Τα βακτήρια αυτά αναπαράγονται μονογονικά - με απλή κυτταρική διαίρεση - και το γεγονός αυτό επιτρέπει την γρήγορη και εύκολη κλωνοποίηση ενός τεράστιου πληθυσμού γενετικά πανομοιότυπων ατόμων.

 

lenski20photo

Το 1988, ο βακτηριολόγος R. Lenski  (φωτό ), από το Πανεπιστήμιο του  Michigan ξεκίνησε με αυτά τα βακτήρια, ένα μεγάλο εξελικτικό πείραμα το οποίο συνεχίζεται μέχρι σήμερα.

 

Καλλιέργησε έναν πληθυσμό βακτηρίων σε δώδεκα πανομοιότυπους δοκιμαστικούς σωλήνες που περιείχαν το ίδιο θρεπτικό υλικό με βάση τη γλυκόζη. Στους δώδεκα σωλήνες ξεκίνησαν ισάριθμες γραμμές-φυλές εξέλιξης, οι οποίες παραμένουν απομονωμένες εδώ και δύο δεκαετίες. Καθημερινά οι επιστήμονες αφαιρούν το 1% του όγκου του κάθε σωλήνα και τοποθετούν το δείγμα σε νέο σωλήνα που περιέχει το ίδιο θρεπτικό συστατικό με τον αρχικό σωλήνα. Φανταστείτε λοιπόν δώδεκα σειρές με μήκος άνω των 7.000 σωλήνων η καθεμιά. Ο πληθυσμός κάθε σωλήνα πολλαπλασιαζόταν με αλματώδεις ρυθμούς και όταν έφτανε σε μιά οροφή οι επιστήμονες έπαιρναν νέο δείγμα. Ο ίδιος κύκλος επαναλαμβανόταν την επόμενη μέρα. Ο Λένσκι και η ομάδα του συνεχίζουν αυτή την καθημερινή ρουτίνα πάνω από 20 χρόνια. Ο χρόνος αυτός αντιστοιχεί σε 7.000 περίπου γενιές δοκιμαστικών σωλήνων και 45000 γενιές βακτηρίων - με μέσο όρο 6-7 γενιές ημερησίως. Για να αντιληφθούμε τι σημαίνει αυτό, αν γυρίζαμε πίσω 45000 ανθρώπινες γενιές θα μεταφερόμασταν ένα εκατομμύρια χρόνια πίσω, στην εποχή του Homo Erectus. O Λένσκι δηλαδή διεξάγει ένα πείραμα επιταχυνόμενης εξέλιξης. Εξέλιξης σε fast-forward.

Το κρίσιμο ερώτημα ήταν αν οι πανομοιότυπες αυτές φυλές που εξελίσσονταν παράλληλα σε πανομοιότυπες συνθήκες θα παρέμεναν ίδιες με τους προγόνους τους ή αν θα εξελίσσονταν. Και αν όντως εξελίσσονταν θα συνέβαινε αυτό με τον ίδιο τρόπο ή θα υπήρχαν αποκλίσεις; Με βάση τη θεωρία της εξέλιξης, αν μιά μετάλλαξη βοηθούσε κάποιο επιμέρους βακτήριο να αξιοποιεί αποτελεσματικότερα τη γλυκόζη, η φυσική επιλογή θα ευνοούσε το βακτήριο αυτό το οποίο θα εξαπλωνόταν στο φιαλίδιο, καθώς τα μεταλλαγμένα άτομα θα αναπαράγονταν ταχύτερα από τα μή μεταλλαγμένα. Η συνέπεια θα ήταν το μεταλλαγμένο βακτήριο να μολύνει αναλογικά περισσότερο το επόμενο σωλήνα της γενεαλογικής γραμμής. Με τη διαδοχή των σωλήνων, πολύ γρήγορα το μεταλλαγμένο είδος θα κυριαρχούσε στη φυλή του. Αυτό λοιπόν συνέβη και στις 12 φυλές. Και οι 12 βελτιώθηκαν σε σχέση με τους προγόνους τους στην αξιοποίηση της γλυκόζης ως πηγής διατροφής. Το συναρπαστικό ήταν οτι βελτιώθηκαν με διαφορετικούς τρόπους. Με άλλα λόγια, διαφορετικές φυλές ανέπτυξαν διαφορετικά σύνολα μεταλλάξεων.

Με τη βοήθεια του βακτηρίου αυτού ο Λένσκι και η ομάδα του εμφάνισαν μπροστά στα μάτια μας, στον μικρόκοσμο του εργαστηρίου και σε χρόνους επιταχυνόμενους ραγδαία,  πολλά από τα βασικά στοιχεία της εξέλιξης μέσω της φυσικής επιλογής:

μιά τυχαία μετάλλαξη την οποία ακολουθεί η μη τυχαία φυσική επιλογή,

την ανεξάρτητη προσαρμογή στο ίδιο περιβάλλον ακολουθώντας διαφορετικές διαδρομές,

τη συσσώρευση διαφορετικών μεταλλάξεων που οδηγούν σε εξελικτική αλλαγή,

 το πώς ορισμένα γονίδια ασκούν επίδραση μόνο παρουσία άλλων γονιδίων.

Και όλα αυτά συνέβησαν σε ένα κλάσμα του χρόνου που συνήθως απαιτεί η εξέλιξη.

Πηγή:Το μεγαλύτερο θέαμα στη Γη R. Dawkins Μετάφραση:Γ. Χρηστίδης Εκδόσεις Αβγό 2009