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

ДОЛГОСРОЧНЫЙ ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ЛЕНСКИ и реплицированная микробная адаптивная радиация Рейни в итоге легли в основу новой подобласти эволюционной биологии. Поначалу работа была ограничена несколькими лабораториями. Но этот этап длился недолго, так как поколения студентов быстро сменяют друг друга – лабораторное «потомство» быстро вырастает, оперяется и создает свои собственные лаборатории. К концу 1990-х годов часть студентов Ленски стали уже преподавателями, продолжив применять долгосрочный экспериментальный эволюционный подход в других учебных заведениях. А кто-то занялся независимыми исследованиями, используя данный метод и расширив не только исследовательскую базу, но также и круг изучаемых организмов. Спустя четверть века после того, как Ленски впрыснул E.coli в несколько колб, десятки, а может быть, и сотни других лабораторий проводят экспериментальные эволюционные исследования. И собранных данных вполне достаточно, чтобы целые конференции были посвящены исключительно этой теме.

Большинство таких исследований были относительно краткосрочными: например, эксперименты с Pseudomonas заняли всего десять дней. Но в настоящее время все большее количество исследователей копируют метод Ленски, продолжая эксперименты на длительной основе.

ДЭЭ это, конечно же, родоначальник данного типа исследований и основа для понимания процесса осуществления долгосрочного экспериментального эволюционного исследования. Каждый день на протяжении уже двадцати восьми лет кто-то из членов лаборатории Ленски осуществляет переносы, перемещая каждую популяцию из израсходованной среды в свежую, обогащенную глюкозой.

И хотя сам процесс занимает всего несколько минут, впечатляет то, как все организовано и осуществлено. График дежурств в лаборатории установлен строго: день работы, день отдыха, невзирая на выходные, снежные бури, болезни и семейные торжества. Все члены лаборатории Ленски с особым уважением относятся к ветерану лаборатории менеджеру Ниирдже Хаджела, идейному вдохновителю, благодаря которой проект так долго и столь успешно работает.

За двадцать восемь лет график переносов нарушался всего три раза. Первый раз это произошло в 1991 году, когда лаборатория Ленски переезжала из Калифорнийского университета Ирвин в штат Мичиган. Процесс переезда лаборатории трудоемкий. В этот раз потребовалось прервать проект. Но такой долгий перерыв не стал проблемой. E.coli, как и большинство микробов, обладает суперсилой: ее можно замораживать, помещать в анабиоз, как астронавтов в научно-фантастических фильмах, а потом размораживать и оживлять без всякого для нее вреда. Так что ДЭЭ просто поставили на паузу в глубокой заморозке и переместили в другое место страны. Девять месяцев спустя популяции разморозили, и эксперимент продолжился с той же самой точки, на которой был остановлен.

Вторая и третья паузы в проекте были краткими: зимой 2007 и 2010 гг. все члены лаборатории разъехались на каникулы, так что проект был временно приостановлен. Но больше такого не повторялось, и исследования продолжались ежедневно в течение семи лет.

УЧЕНЫЕ, РАБОТАЮЩИЕ В ОБЛАСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЭВОЛЮЦИИ, используют самые разные подходы как в плане осуществления исследования, так и в том, что касается изучаемых проблем. Тем не менее многие авторы этих исследований в целом повторяли подходы Ленски-Рейни и создавали реплицированные популяции в идентичных условиях, пытаясь ответить на вопрос, действительно ли эволюция происходит параллельно во всех популяциях.

Учитывая то, что в процессе своих исследований и Ленски, и Рейни обнаружили, что реплицированные популяции эволюционировали очень похожим образом, можно ли ожидать, что другие эксперименты не дадут такого же результата?

Сформулируем вопрос иначе: если изначально идентичные популяции адаптируются к идентичным условиям, то почему бы им не адаптироваться похожим образом?

Здесь следует учитывать два фактора. Во-первых, чтобы эволюционировать, популяции должны варьироваться генетически. Нет варьирования – нет способности к изменению: в конце концов, естественный отбор работает, поощряя тот или иной вариант. И если не будет варьирования, тогда отбору не с чем будет работать. В силу того, что у популяций изначально отсутствует генетическая вариативность, вся последующая эволюция основана на мутациях, возникших после начала эксперимента. А это, в свою очередь, означает, что на эволюционный процесс может повлиять то, какие мутации возникли в каждом репликате. Эволюционные различия среди популяций могут появляться просто потому, что в разных популяциях происходят разные мутации.

Более того, возникновение мутации в той или иной популяции может зависеть от их порядка появления: изменение может быть нецелесообразным, если в популяции случилась уже другая мутация. И наоборот, может потребоваться, чтобы сначала возникло первоначальное изменение. А потому даже если одинаковые мутации возникают в двух популяциях, разные эволюционные итоги могут происходить из-за различий в очередности мутаций.