Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов

Итак, зимой 2004 года шанс нажать на «повтор» выпал двадцатисемилетнему аспиранту Заку Блаунту, недавно прибывшему в лабораторию Ленски.

Блаунт, мягкий и учтивый уроженец южного штата Джорджия, испытывающий, как ни странно, любовь к суровым северным зимам, приехал в Мичиган не для того, чтобы работать с Ленски. Но в той лаборатории, куда он собирался, у него что-то не сложилось, и он начал искать другие варианты. Блаунту понравился основанный на гипотезах подход, применявшийся в лаборатории Ленски, а Ленски увидел в Блаунте молодого человека, «серьезного и умного^[90], спокойного, склонного заниматься наукой из любопытства и тяге к знаниям».

Блаунт оказался в лаборатории в правильное время: Борланд только что установила, что у популяции Ага-3 развилась способность использовать цитрат. Это влекло за собой массу других вопросов. Изначально Блаунт работал над частью проекта, возглавляемого Борланд. Но после того как она в том же году переехала с мужем в Китай, Ленски перепоручил ему весь проект. И вряд ли кто-то из них догадывался, что он выльется в итоге в десятилетний труд и что за этим последует не только докторская степень Блаунта, но и многие годы исследований, и его международное признание.

Облаченный в свой «фирменный» окрасившийся лабораторный халат (изначально зеленый, а теперь голубой), Блаунт приступил к работе. К тому моменту уже триллионы E.coli прожили и умерли в ходе эксперимента (двенадцать популяций, тридцать тысяч генераций, десятки миллионов клеток с переносимым объемом в день, считайте). А потому казалось маловероятным, что способность переваривать цитрат («Cit+» на языке лаборатории Ленски[51]) была результатом одной-единственной мутации: если единственное генетическое изменение могло породить данную способность, учитывая миллиарды мутаций, которые, вероятно, происходили в ходе эксперимента, то наверняка Cit+ эволюционировала довольно быстро или во множестве популяций.

Более вероятной альтернативой было то, что понадобилось несколько генетических изменений, случившихся одно за другим, чтобы в итоге появилась Cit+. Различия между двумя этим популяциями – одна или несколько мутаций, ответственных за эволюцию Cit+ – очевидны, по крайней мере в теории.

Блаунт вернулся к замороженным окаменелостям Авалона, на этот раз чтобы посмотреть, можно ли получить Cit+, чтобы она повторно эволюционировала из предковой популяции Ага-3, которая потеряла способность переваривать цитрат (Cit-).

Если включение определенных первичных мутаций было необходимо для эволюции цитрата, тогда лишь в относительно недавних популяциях могла развиться Cit+, потому что только эти популяции, а не более ранние, обладали предрасполагающими мутациями. И наоборот, если понадобилась только одна мутация, тогда способность становиться Cit+ должна быть одинаково возможна применительно к любой из предковых популяций, возрожденных на любом этапе эксперимента.

Однако понять что-то вовсе не означает быстро решить проблему. Блаунт извлек образцы Ага-3, заархивированные по отдельности двенадцать раз в разное время в течение эксперимента, от начального предка в 1988 году до недавно замороженных популяций. Из каждого отдельного образца он извлек клетки и использовал их, чтобы создать шесть реплицированных популяций – всего получилось семьдесят две, – и позволил им эволюционировать в течение двух с половиной лет. У четырех из семидесяти двух популяций эволюционировала способность переваривать цитрат, все четыре были порождены относительно недавними предками. Данные результаты подтвердили, что только недавние популяции Ага-3 смогли выработать способность к перевариванию цитрата.

Блаунту уже наскучило ждать результатов данного эксперимента, а потому параллельно он опробовал еще один метод, более чувствительный к малейшим проявлениям эволюционной способности Cit+. Данный метод заключался в том, чтобы взять клетки из образцов популяции, которые были заморожены в разное время, и вырастить их для производства множества популяций, состоящих из более чем десяти миллиардов клеток каждая. Затем эти популяции помещали в чашки Петри, где в качестве пищи присутствовал исключительно цитрат, которого хватало на период до трех недель. В этих условиях лишь редкий мутант Cit+ мог вырасти до размеров колонии. Из трех тысяч двухсот популяций, которые изучал Блаунт, лишь тринадцать – примерно треть процента – эволюционировали, став Cit+. И опять же, большинство популяций были относительно недавними, самая ранняя – из предковой популяции, замороженной на отметке в двадцать тысяч генераций.