Kan vi observere evolusjon i nåtid?

Richard Lenski ved Michigan State University i USA har gjort det i 25 år og har spennende resultater.

Lenski er en av de mest kjente forskerne innen eksperimentell evolusjon. Hans prosjekt “Long-term experimental evolution project”, der han bruker bakterien E. coli til å observere evolusjon, startet i 1988. Lenski presenterte nylig sitt 25 år lange prosjekt på Naturhistorisk Museum ved Harvard University og de kunne ikke ha valgt en bedre dag for det - 205 årsdagen for Darwins fødselsdag.

Siden 1988 har bakteriene tilbakelagt omtrent 58 500 generasjoner. I fryseren til Lenski finnes et hav av bakterieceller samlet gjennom disse 25 årene for hver 75. dag eller ca. hver 500. generasjon. Hva har han funnet ut og hva kan disse mikrobene lære oss om evolusjon?

Da Lenski started eksperimentet i 1988 tok han identiske E. coli populasjoner og fordelte dem på 12 flasker med glukosemedium. Hver dag siden da har 1% av hver populasjon blitt flyttet til nye flasker. I løpet av mindre enn 24 timer forbruker bakteriene all glukosen i mediet og opplever derfor en periode med knapphet og sult. Et av de viktigste funnene Lenski har gjort er at dagens populasjoner vokser ca. 80% raskere enn startpopulasjonene. Dette er et perfekt eksempel på tilpasning ved naturlig seleksjon.

Fordelen med å bruke bakterier til å studere evolusjon er at de har veldig kort generasjonstid (6.6 per dag). Mutasjoner og tilpasninger er avhengig av reproduksjon og kort generasjonstid fører til at tida blir komprimert. På 25 år har Lenski observert det som tilsvarer 1 million år med evolusjon hos mennesket.

Det er mange andre forskere som også studerer eksperimentell evolusjon, både på bakterier og andre organismer, men det som gjør Lenski spesielt interessant er at hans forsøk har gått over så lang tid og at han har fryst ned prøver regelmessig helt siden starten. Man kan derfor gå tilbake å studere tidligere kolonier for å sammenligne med funn i dagens kolonier når man oppdager noe spennende. Det er som en perfekt fossilrekke. Man kan også starte eksperimenter på nytt med nedfrosne bakterier. E. coli tåler nemlig lave temperaturer og “gjenopplives” når man tiner dem.

Det var dette de gjorde da en av bakterielinjene plutselig vokste mye raskere enn de andre. Forskerne gikk tilbake til den siste nedfryste prøven fra denne bakterielinjen og started eksperimentet på nytt. Det samme skjedde igjen. De testet bakterien i ulike medier og fant ut at den hadde begynt å bruke sitrat som energikilde istedenfor glukose.  Det neste steget var å gå enda lenger tilbake i tid og finne ut hvilke endringer i genomet som hadde ført til at den nye tilpasningen var mulig og når denne overgangen hadde funnet sted. De fant ut at sitratbrukerne hadde gjennomgått en duplisering av en 2933 basepar lang sekvens av DNA som aktiverer et gen som koder for et transportmolekyl for sitrat. Flere genetiske endringer har skjedd etter dette og de har finjustert transportmolekylet til å bli mer effektivt. Videre viste det seg at bakteriene som bruker sitrat ikke lenger er så gode på å bruke glukose, noe som viser et nisjeskifte, og hvis man blander genomene til de to typene bakterier får man en dårlig tilpasset hybrid. Dette er veldig sterke indikasjoner på at en ny art har oppstått eller er i ferd med å oppstå og dette er det mest banebrytende resultatet fra Lenskis gruppe til nå.

Et annet viktig funn ble publisert i Science i november i fjor. Det dreier seg om teorien om at arter som tilpasser seg et nytt miljø gjennomgår raske endringer i starten, men så kommer de til et tilpasningsmaximum (“fitness peak”) og videre tilpasning stopper opp så lenge miljøt er stabilt. Lenski og kollegaer fant at dette sannsynligvis ikke er helt riktig. Deres analyser viste at tilpasningen bremset ned, men flatet ikke ut slik som ventet. Lenski mener at evolusjonen er endeløs selv i stabile miljør.

Darwin hadde nok likt Lenskis eksperiment for på Darwins tid var man av den oppfatning at evolusjonen skjedde veldig, veldig sakte over lang tid. Med Lenskis eksperiment - og andre studier i eksperimentell evolusjon - kan man faktisk se evolusjonen skje framfor øynene på en.

Harvard Gazette: http://news.harvard.edu/gazette/story/2014/02/evolution-in-real-time/
Pennisi, Elizabeth. The Man Who Bottled Evolution. Science 15 November 2013: 790-793

Wiser, Michael J., Ribeck, Noah & Lenski, Richard E. Long-Term Dynamics of Adaptation in Asexual Populations. Science 13 December 2013: 1364-1367

Powered by Labrador CMS