Najduži evolutivni eksperiment u istoriji nauke profesora Lenskog pokazao je na koji način živi organizmi igraju strateške igre na nivou gena
Tekst: Ivana Horvat
Krenimo sasvim od početka. Zemlja je u prošlosti bila haotično, negostoljubivo mesto. Međutim, pre četiri milijarde godina, uprkos uslovima koji su vladali prostranstvima tek stvorene Zemlje, sastao se pogodan skup hemijskih jedinjenja i stvorio život.
Onog momenta kada je na Zemlji nastao prvi replikujući živi organizam, prirodna selekcija se potrudila da podrži one jedinke koje su u replikaciji bile uspešnije od drugih.
Pre više od 150 godina, Čarls Darvin je u kapitalnom delu “O postanku vrsta” izložio svoju teoriju evolucije života na Zemlji.
Vek i po nakon Darvinove teorije, profesor Ričard Lenski je sa kolegama dokumentovao ovaj proces na 60.o00 generacija bakterije Escherichia coli i pokazao na koji način živi organizmi nadmudruju jedni druge na nivou gena.
Istorijski eksperiment
Ričard Lenski, američki evolucioni biolog, 1988. godine započeo je svoj dalekosežni, i do danas najduži evolutivni eksperiment. Eksperiment se sprovodio svakodnevno proteklih 28 godina na 12 kultura bakterije E. coli. Svakih 75 dana se zamrzavao uzorak bakterija na ledenih -80 stepeni Celzijusa, tako da naučnici i danas mogu da upoređuju prethodne generacije bakterija sa sadašnjim jedinkama i da isprate koje genetske mutacije su se u međuvremenu dogodile.
Bakterije su odlične za praćenje evolucije iz razloga što se veoma brzo reprodukuju. Za samo 75 dana, možete ispratiti razvoj 500 generacija. Ovo je omogućilo profesoru Lenskom da za 28 godina isprati gotovo 60.000 generacija bakterija, pod kontrolisanim uslovima. Poređenja radi, ako uzmemo da je prosečan životni vek čoveka 70 godina, u našem slučaju praćenje evolucije ovih razmera zahtevalo bi nekoliko miliona godina.
Svakog dana uzorak svake od 12 kultura bakterija presađivao se u nove podloge, koje su bile mešavina glukoze i drugih jedinjenja. Profesor Lenski je smatrao da će jedinka postati dominantna u celoj populaciji, ako bi joj genetske mutacije dale prednost kada je trka za hranu u pitanju.
E. coli se uobičajeno hrani glukozom. Njena opna “podešena” je tako da propušta molekule glukoze, od kojih metaboličkim procesima stvara energiju za svoj kratki život. Međutim, nešto neobično se dogodilo 2002. godine, nakon 31.500 generacija E. coli. Došlo je do, za ovaj sićušni organizam, velikog evolutivnog pomaka.
Strateške igre bakterija
Naime, jedan deo bakterija razvio je mogućnost da se hrani drugim jedinjenjem iz podloge u kojoj su se svakodnevno hranile. Došlo je do genetske mutacije koja im je omogućila da kroz svoju membranu propuste citrate, tj. soli limunske kiseline.
Jedan od gena, uglavnom neaktivan kod E. coli, počeo je da “proizvodi” protein CitT, koji omogućava solima limunske kiseline da prođu membranu bakterije i uđu u ćeliju. Ovaj protein, takozvani antiporter, je ušao u sastav ćelijske membrane i vršio je transport molekula citrata, dok je istovremeno nekoliko manje bitnih molekula za bakteriju transportovao u okolni prostor. Među njima su se našle soli ćilibarske, fumarne i maleinske kiseline.
Onog momenta kada je jedan deo E. coli razvio sposobnost da se hrani citratima, mimo glukoze, populacija bakterija je naglo porasla jer je imala veće resurse na raspolaganju. Međutim, dogodilo se još nešto. Osim što se populacija uvećala, ovaj “citratni” soj E. coli je takođe postao i dominantan u odnosu na sve, osim jednog soja bakterije, koji je razvio sposobnost da se hrani otpadnim molekulima soli ćilibarske, fumarne i maleinske kiseline.
Ovaj soj bakterija E. coli počeo je da proizvodi protein DctA kojim je omogućio da kroz svoju membranu transportuju upravo neki od ovih odbačenih molekula.
Međutim, E. coli koje su se hranile citratima, razvile su novu evolutivnu strategiju: osim gena odgovornog za razmenu citrata, aktivirao se i gen koji im je omogućio da i same konzumiraju prethodno odbačene molekule. Čini se da je ovaj soj bakterija bio čvrsto rešen da svoju dominaciju nad drugim sojevima održi po svaku cenu.
Ovo je neverovatan primer evolucije na delu. Bakterije ne samo da su promenile, već su svoju novu osobinu prenosile na sve buduće generacije. Rezultati ovog istraživanja su pokazali na koji način novine u procesu evolucije mogu da uzrokuju i promene u okruženju i da utiču na strukturu ekosistema, ali i na evoluciju drugih organizama u okruženju.
Genetske mutacije su od suštinske važnosti za sve jedinke. Iako ih često povezujemo sa lošim i nepoželjnim dešavanjima u našem organizmu, ovo često nije slučaj. Mutacije stvaraju nove varijacije koje organizmima daju bolje šanse za opstanak.