تكاثر 2000 جيل من البكتيريا يحل نقاش رئيسي في علم الأحياء
|
| بكتيريا |
منذ فجر علم الوراثة في أوائل القرن العشرين ، ناقش علماء الأحياء ما إذا كان التطور مدفوعًا بشكل أكبر بطفرات الصدفة أو التنوع الأصلي في مجموعة الجينات.
إن وجود الكثير من الخيارات الجينية للاختيار من بينها قد يجعل الانتقاء الطبيعي يتحرك بشكل أسرع كثيرًا في البداية ، ولكن هل الطفرات الجينية التي تحدث بمرور الوقت تساهم بشكل أكبر في بقاء الأنواع في النهاية؟
لمحاولة حل هذه الحجة طويلة الأمد بشكل نهائي ، اختبر الباحثون في جامعة ولاية ميتشيغان القدرة على التكيف لـ 72 مجموعة مختلفة من بكتيريا الإشريكية القولونية على مدى 2000 جيل (حوالي 300 يوم).
تم تصميم كل مجموعة من البكتيريا بحيث تحتوي على كميات مختلفة من التنوع الجيني في بداية التجربة.
في أحد طرفي الطيف ، تم تكاثر السكان من استنساخ واحد ، لذلك كانت كل خلية متطابقة وراثيًا مع كل خلية أخرى.
في منتصف الطيف ، نما السكان من مجموعة واحدة من البكتيريا الموجودة مسبقًا.
في الطرف البعيد من الطيف ، تم تكوين مجموعات الإشريكية القولونية عن طريق خلط عدد قليل من المجموعات الموجودة مسبقًا معًا ، مما يخلق أكبر قدر ممكن من التنوع الجيني.
تم تغذية كل مجموعة من السكان بالجلوكوز في بداية التجربة. لاختبار القدرة على التكيف ، تم أخذ مجموعات مختلفة من مجموعات البكتيريا هذه ونشرها في بيئة نمو مختلفة ، وتزويدهم بالحمض الأميني D- سيرين بدلاً من الجلوكوز لاحتياجاتهم من الطاقة.
عند نقطة الجيل 0 و 500 و 2000 ، تم اختبار السكان لقدرتهم على التنافس على موارد التغذية ضد منافس مشترك (والذي كان سلالة أخرى من الإشريكية القولونية بمستوى لياقة متوسط).
تم اشتقاق جميع عينات الإشريكية القولونية من مشروع التطور التجريبي طويل المدى ، الذي بدأ في عام 1988 بواسطة أحد المؤلفين المشاركين في الورقة البحثية الأخيرة ، عالم الأحياء التطوري ريتشارد لينسكي.
عندما تم قياس مدى ملاءمتها لكل مجموعة من البكتيريا في بيئة D-serine قبل حدوث أي تطور ، كان أداء المجموعات السكانية الأكثر تنوعًا وراثيًا أفضل من الحيوانات المستنسخة.
في المراحل الأولى من التجربة (حوالي 50 جيلًا) ، كانت ثروة التنوع الجيني في السكان الأصليين مهمة للتكيف.
ولكن بحلول الجيل الخامس ، لم يعد التنوع في بداية التجربة مهمًا لأن الطفرات الجديدة كانت "كبيرة بدرجة كافية" ، كما كتب المؤلفون في طبعهم المسبق ، والمتوفر على BioRxiv قبل مراجعة الأقران .
بحلول الجيل 500 و 2000 ، "لم تكن هناك اختلافات في اللياقة" بين جميع مجموعات البكتيريا المختلفة ، على الرغم من الاختلاف في اللياقة في البداية.
كتب الباحثون: "قد تكون أي فائدة من التباين الموجود مسبقًا في السكان اللاجنسيين قصيرة الأجل ، كما رأينا في تجربتنا ، لأنه سيتم التخلص من هذا التباين عندما تكتسح الطفرات المفيدة الجديدة إلى التثبيت".
في حين أنه لم يتم فحصها من قبل الآخرين في المجتمع العلمي ونشرها في مجلة تمت مراجعتها من قبل الأقران ، فقد تغلق هذه النتيجة الكتاب حول أطول حجة في علم الأحياء التطوري عندما يتعلق الأمر بالبكتيريا.
لكن لا توجد إجابة "صحيحة" من حيث الأهمية النسبية للتغير الدائم والطفرات الجديدة للتكيف في الطبيعة ، كما كتب الباحثون.
وأضافوا أن العلماء الذين يعملون على نماذج مختلفة يميلون إلى "التأكيد على مصدر واحد أو آخر للتنوع الجيني".
يميل العلماء الذين يدرسون الحيوانات والنباتات إلى التأكيد على تنوع مجموعة الجينات كمصدر رئيسي للقدرة التطورية لأنه ليس من العملي الانتظار لمئات السنين حتى تخلط الطفرات الأشياء.
أولئك الذين يدرسون البكتيريا والفيروسات يميلون إلى النظر إلى الطفرات على أنها المصدر الرئيسي للتطور.
لكن في الحقيقة ، كلتا القوتين - الطفرة والتنوع الجيني الحالي - "يمكن أن تساهم بشكل متسلسل ، في وقت واحد ، وحتى بشكل تآزري في عملية التكيف عن طريق الانتقاء الطبيعي" ، كما يقول الباحثون.