科學家在實驗室重現生物進化過程
2021-02-10 11:01:24
運行時間最長的進化試驗重現了自然界的另一面，并且展示了一種生物的重大變化如何改變它的環境以及居住在那個空間中所有生物的進化軌跡。
長期實驗進化項目開始于1988年。美國密歇根州立大學的Richard Lenski選擇了單菌株的大腸桿菌，并且創建了12種培養菌。
此后的每一天，每種培養菌的樣品都被轉移到以葡萄糖為主要營養物質的新鮮培養基中。如今，自試驗開始，已有6萬多代大腸桿菌產生。
Lenski的試驗讓人們以前所未有的細節見證了進化。由于樣品每隔75天便被冷藏起來，因此研究團隊能再次辨認他們所看見的改變背后精確的基因突變。
最大的進化改變在約3.15萬代之后發生。在12種培養菌中，一種細胞系演化出以培養基中另一種化學物質—檸檬酸為食的能力。如今，來自Lenski團隊的Caroline Turner和其他成員在一篇提交到預印本文獻庫的論文中描述了這種變化引發的一些影響。
大腸桿菌通常并不以檸檬酸為食，因為它們無法將其攜帶進細胞中。不過，食檸檬酸細菌中的一個突變使其產生逆向轉運蛋白CitT。該蛋白能讓檸檬酸繞過細胞膜進入細胞。這種蛋白的基因已經存在，但在氧氣出現時通常會被關閉。
一旦以檸檬酸為食的能力進化出來，整個菌群便會繁盛，因為相同的培養基能維持更多細胞的生命。很快，這些以檸檬酸為食的細菌占據統治地位，戰勝了所有大腸桿菌，除了其中一株—該菌株反過來演化出利用被改變的環境的能力。
它通過產生更多的被稱為DctA的轉運蛋白成功做到了這一點。DctA能以很小的能量代價導入以檸檬酸為食的菌株所導出的琥珀酸和其他分子。不過，事情并未就此停止。檸檬酸吞食者隨后還開始制造更多的DctA，以試圖奪回在獲取檸檬酸過程中損失的一些琥珀酸和其他分子。