Nyakon csípett evolúció - tudományos cikk

Az evolúcióban bekövetkező nagy ugrások is csak generációk ezreinek során át bekövetkező apró genetikai változások felhalmozódásának következményei, mutatja ki egy új tanulmány. A körülbelül 25 éve egy laborban szaporított Escherichia coli csoport olyan tulajdonságot fejlesztett ki, amely a miocén kor óta nem jellemző a baktériumfajra: képes a citromsav lebontására oxigén jelenlétében. Az evolúció-biológus Zachary Blount és Richard Lenski a Michigan State University-ről, most a Nature magazinban publikálták megfigyeléseiket az evolúciós lépéshez szükséges molekuláris folyamatról. (Zachary Blount, Richard Lenski).

A munka bizonyítja, hogy új vonalak evolúciós szempontból szinte egy szempillantás alatt felbukkanhatnak, mégis ezek mögött a változások mögött generációk ezreinek genetikai mozgolódása áll. „Az, hogy nem csak beszélünk róla, hanem valóban, a saját szemünkkel látjuk, ahogyan az evolúció működik, valami lenyűgöző!”- nyilatkozta Bruce Levin, az atlantai Emory University a populáció- és evolúcióbiológusa.

A cikk további részéért kattintsatok a "További bejegyzések" linkre!


  

Az E. coli citrát bontó evolúciójának molekuláris részletekig történő feltárása, más organizmusok törzsfejlődésének megértésében is segíthet a kutatóknak. „Az, hogy egy ilyen baktérium megtanul citromsavat bontani, a többsejtes élőlényeknél körülbelül egy szem, vagy szárny kifejlődésével egyenértékű.” - mondja Paul Rainey evolúcióbiológus.
„Az E. coli és más baktériumok őse valószínűleg valaha birtokában volt az oxigén dús környezetben játszódó citrátbontás képességének, azonban az E.coli legalább 13 millió évvel ezelőtt elvesztette ezt a képességet.” – mondja Blount. Sőt, valójában a citráton való növekedés-képtelenség kifejezett tulajdonsága a baktériumnak, mely más baktériumoktól való elkülönítésben segít. 

Tizenkét lombik, bennük egy-egy, egymástól függetlenül evolválódó E. coli populáció növekedett Lenski laboratóriumában már több mint 56000 generáció óta. Az alacsony koncentrációban adagolt glükóz, jól kordában tartja a legtöbb populáció növekedését. Azonban körülbelül 33000 generáció elteltével, az Ara-3 jelölésű lombik hirtelen zavarossá vált, amint kifejlődött a növekedési oldatban bőségesen található citromsavbontási képessége. Legkevesebb három előzetes lépés, és mintegy 13000 generációra volt szükség, hogy az Ara-3 E.coli egy alternatív táplálékforrást is képes legyen felhasználn,. Ez az emberi evolúció léptékével körülbelül negyedmillió évnek felel meg. 

Az első lépés, melyet a kutatók előkészítésnek (potentiation) neveznek, a „terep előkészítése” a citomsav fogyasztási képességhez. Blount már korábbi kísérletiben úgy találta, már a húszezredik generáció környékén fennáll a továbbfejlődés lehetősége. Azonban az új tanulmányhoz való összegzéskor úgy találták, egy ilyen lépéshez legalább két, egymással valószínűleg interakcióban lévő előzetes mutációra is szükség van, még a 20000. generáció előtt, hogy kialakulhasson az új képesség.

A második lépés, a megvalósítás (actualization) már sokkal egyértelműbb: Egy DNS szakasz, mely tartalmazza a citrát sejtekbe juttatásának alvó génjét, lemásolódott, a másolat pedig az eredeti gén közelébe inszertálódott. A gén bemásolt verziója pedig újra elkezdte termelni a citromsav-pumpáló fehérjét. Ez előtt a duplikáció előtt az E. coli nem volt képes a citrátot a sejtek belsejébe juttatni, hogy ott felhasználja azt.

Noha a kezdeti duplikáció valahol a 31000. és 31500. generáció között történt, az ekkori baktériumok még csak mintegy „majszolták” a citromsavat. A harmadik lépés, a finomítás (refinement) még további 1500-2000 generációt vesz igénybe (a laboratóriumban ez egy évet, az emberi evolúcióban 30-40000 évet jelentene) mielőtt a baktérium teljes mértékben hasznosítani tudja az új táplálékforrást. Az ilyen finomító mozzanatok közé tartozik például a citrát transzporter gén további kópiáinak előállítása. Az ideális számnak a négy kópia tűnik.

Források: Nature, ScienceNews, Kép

mRNS.hu cikk (2012-10-29-n)