Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2

Половое размножение дает больше вариантов для отбора, а значит и больше возможностей для приспособления вида к среде обитания. Ни один организм в природной среде не является «вещью в себе», это часть чего-то более общего, часть самой среды. В природе все, что может давать энергию, является источником питания организмов, в том числе и другие организмы. Там нет исключений, и для человека тоже. Сплошная конкуренция за источники питания и приспособление к среде обитания. Суммарное количество органики на Земле практически не меняется, меняется ее использование (кругооборот) в преобразовании энергии солнечного света в тепло. Одни мутации способствуют освоению новой ниши по питанию в среде обитания или же выживанию организма в среде (которая и сама меняется) и он отбирается естественным образом (естественный отбор), давая начало другому, слегка измененному прежнему, но все-таки немного другому виду. Другие, на данный момент времени и состояния среды, оказываются вредными и их носители потихоньку (точнее статистически) исчезают из природы. Исчезают виды, не сумевшие приспособится к новым условиям непрерывно меняющейся среды обитания. Исчезнувшие заменяются другими. Для одних находятся подходящие мутации на их пути изменения, на их пути приспособления к условиям изменяющейся среды. Для других нет, их направление изменения оказалось ошибочным, тупиковым. Сейчас мы называем эти процессы эволюцией органического мира. Организмы могут как усложнятся в процессе эволюции, так и упрощается, в зависимости от того, что оказывается более подходящим для приспособления на конкретном этапе, в конкретной нише окружающей среды. Одни древние виды организмов могут сосуществовать с новейшими, но происходящими от них же, от других остались только ископаемые останки, да и то не от всех. Вопрос о том, что происходит при этом с жизнью в целом, остается открытым.

Это в природе, а в лаборатории «боги» могут отбирать то, что им нужно. Они испокон веков этим занимаются, хотя и не всегда в лабораториях. Путем скрещивания (то есть комбинированием геномов, содержащих разные мутации) и отбора создали для себя подходящих животных, растений, микроорганизмов. Сельскохозяйственных, домашних, промышленных. Многие из таких, созданных в результате искусственного отбора (классической селекции), видов уже не могут существовать без человека, в природе они не конкурентноспособны. В первую очередь это касается микрорганизмов. Например если какая-то бактерия является сверпродуцентом какого-либо вещества, то эта функция у нее осуществляется в ущерб другим биохимическим процессам и, следовательно, другие процессы недополучат доступной в клетке энергии (биохимической энергии, переносимой молекулами АТФ). Как результат, бактерия-сверпродуцент не сможет размножаться так же быстро, как природные, «дикие» виды и будет вытеснена ими.

Все было бы прекрасно, если бы метод классической селекции не был столь трудоемок, а главное не требовал так много времени. Селекция видов длится порой столетиями и даже тысячелетиями. Микроорганизмы растут очень быстро, по сравнению с животными и растениями, но даже их селекция — процесс достаточно длительный. Так например пивоваренные и винодельческие дрожжи селектируются в течение уже сотен лет. Появление нужных мутаций — процесс случайный. В какой-то степени его можно ускорить, если увеличить частоту мутаций. В ход идет большое число самых разнообразных воздействий, физической и химической природы. Наиболее часто используется ультрафиолет, определенной длины волны, и ряд веществ-мутагенов. Это помогает, но все равно получение подходящего промышленного штамма микроорганизмов как правило рассматривается как единичный удачный случай всей жизни микробиолога-селекционера. Дело здесь в самой технологии микробиологической работы. Высевы на чашки Петри, размножение в пробираках, испытание штаммов требует достаточно много времени. А нельзя ли автоматизировать сам отбор, создать ускоренную "эволюцию в пробирке"? Один из вариантов решения этого вопроса и будет рассмотрен далее.

Часть 2. Практическая

В ПОИСКЕ ОБХОДНЫХ ПУТЕЙ

Среди диссертаций в библиотеке Homelab нашлась такая: «Управление скоростью роста в турбидостате действием ингибиторов". Изложенный в ней подход как раз целенаправлен на осуществление эволюции в ферментере для культивирования микроорганизмов. Для начала следует разобраться, что такое турбидостат и почему его следовало бы использовать для селекции штаммов микроорганизмов. Для этого воспользуемся книгой Перта "Основы культивирования микроорганизмов и клеток".

Рис. 18. Турбидостат (схематически) с автоматической регуляцией оптической плотности культуры.

_{1 — поступление среды, 2 — насос, 3 — мешалка, 4 — сток культуры, 5 — фотоэлемент, 6 — источник света.}