Ричард Докинз - Величайшее Шоу на Земле: свидетельства эволюции

Итак, какими бы ни были эволюционные изменения, которые Ленски отмерил в течение эквивалента миллиона лет поколений бактерий, представьте, насколько больше эволюционных изменений могло бы произойти за, скажем, 100 миллионов лет эволюции млекопитающих.

И даже 100 миллионов лет — это сравнительно недавно по геологическим стандартам.

В дополнение к главному эволюционному эксперименту группа Ленски использовала этих бактерий для различных сопутствующих экспериментов, проливающих свет на детали, например, заменяя глюкозу другим сахаром, мальтозой, после 2 000 поколений, но я сконцентрируюсь на центральном эксперименте, в котором все время использовалась глюкоза.

В течение этих двадцати лет они брали пробы этих двенадцати колен с интервалами, наблюдая, как прогрессировала эволюция.

Они также замораживали образцы каждого из колен в качестве источника пригодных для оживления «ископаемых», представляющих стратегические точки вдоль эволюционного пути.

Трудно переоценить, насколько блестяще задумана эта серия экспериментов.

Вот небольшой пример превосходного опережающего планирования.

Вы помните, я сказал, что все двенадцать колб-основателей были засеяны от одного и того же клона и поэтому начинались как генетически идентичные.

Но это было не совсем так, по интересной и хитрой причине.

Лаборатория Ленски ранее использовала ген, называемый ara, который существует в двух формах, Ara+ и Ara−.

Вы не сможете их различить, пока не возьмете образец бактерий и не «высеете» его в чашке агара, содержащей питательный бульон плюс сахар арабинозу и химическую краску, называемую тетразолом.

«Посев» является одной из тех вещей, которыми занимаются бактериологи.

Это значит поместить каплю жидкости, содержащую бактерии, в чашку, покрытую тонким слоем агарового геля, а затем инкубировать эту чашку.

Колонии бактерий вырастают в виде расширяющихся кругов — миниатюрных «ведьминых колец» — из капель, потребляя питательные вещества, смешанные в с агаром.

Если смесь содержит арабинозу и индикаторную краску, обнаруживается различие между Ara + и Ara-, как при нагревании невидимых чернил: они выявляются как белые и красные колонии соответственно.

Команда Ленски нашла это цветовое различие полезным для целей маркирования, как мы увидим, и они предвосхитили эту полезность, сделав шесть из своих двенадцати колен Ara+, а другие шесть Ara-.

Просто чтобы привести один пример того, как они использовали цветовое кодирование бактерий: они применяли его для контроля своих собственных лабораторных процедур.

Совершая свой ежедневный ритуал инфицирования новых колб, они заботились о том, чтобы работать колбами Ara+ и Ara— попеременно.

Таким образом, если они делали ошибку — расплескали переносящую пипетку с жидкостью или что-то в этом роде — она выявлялась при последующей проверке образцов красно-белым тестом.

Гениально? Да.

И скрупулезно.

Действительно хорошие ученые должны быть и гениальными, и скрупулезными.

Но забудьте пока об Ara+ и Ara-.

Во всех остальных отношениях популяции-основатели этих двенадцати колен начали как идентичные.

Никакие другие различия между Ara— и Ara+ не обнаружены, и их на самом деле можно рассматривать в качестве удобных цветовых меток, какие орнитологи одевают цветные кольца на ноги птиц.

Что ж.

У нас есть наши двенадцать колен, марширующих через свои высокоскоростные эквиваленты геологического времени, параллельно, в одних и тех же условиях повторяющихся бумов и депрессий.

Интересным вопросом было, оставались ли они такими же как их предки? Или они эволюционировали? И если так, эволюционировали ли все двенадцать колен одинаковым образом, или расходились друг с другом?

Бульон, как я сказал, содержал глюкозу.

Она была в нем не единственной пищей, но была ограничивающим ресурсом.

Это означает, что исчерпание глюкозы было ключевым фактором, который заставлял размер популяции, ежедневно в каждой колбе, прекращать рост и выходить на плато.

Иными словами, если бы экспериментаторы поместили больше глюкозы в ежедневные колбы, популяционное плато в конце дня было бы выше.

Или если бы они добавили вторую ложку глюкозы после того, как плато было достигнуто, то они стали бы свидетелями второго всплеска роста численности популяции, до нового плато.

В этих условиях дарвинистское ожидание состояло в том, что, если возникла бы какая-нибудь мутация, которая помогала бы отдельной бактерии использовать глюкозу более эффективно, естественный отбор благоприятствовал бы ей, и она распространилась бы по колбе, так как мутантные особи опережали бы в размножении немутантных особей.

Этот тип, в таком случае, непропорционально инфицировал бы следующую колбу в ряду поколений и, от колбы к колбе, довольно скоро у мутанта была бы монополия в его колене.

Что ж, именно эти и произошло во всех двенадцати коленах.

С течением «поколений колб», все двенадцать линий усовершенствовались по сравнению с их предком: стали лучше использовать глюкозу в качестве источника пищи.

Но, что восхитительно, они становились лучше по-разному — то есть различные колена развили различные наборы мутаций.

Как ученые это узнали? Они могли определить это, беря образцы потомственных линий по мере их эволюции и сравнивая «приспособленность» каждого образца по отношению к «ископаемому» образцу из первоначальной популяции-основателя.

Помните, что «ископаемые» — это замороженные образцы бактерий, которые, будучи размороженными, продолжают жить и нормально размножаться.

И как Ленски и его коллеги делали это сравнение «приспособленности»? Как они сравнивали «современные» бактерии с их «ископаемыми» предками? С большой изобретательностью.

Они брали образец предположительно эволюционировавшей популяции и помещали его в девственную колбу.

И помещали такого же размера образец размороженной предковой популяции в ту же самую колбу.

Само собой разумеется, эти экспериментально смешанные колбы после этого полностью изолировались от контакта с продолжающимися экспериментальными линиями тех двенадцати колен в долгосрочном эволюционном эксперименте.

Этот побочный эксперимент был выполнен с образцами, которые не играли дальнейшей роли в главном эксперименте.

Итак, у нас есть новая экспериментальная колба, содержащая два конкурирующих штамма, «современный» и «живое ископаемое», и мы хотим знать, какой из двух штаммов обойдет другого в размножении.

Но Вы скажете, что они все перемешаны? Как Вы отличите два штамма, когда они смешаны вместе в «колбе конкуренции»? Я сказал Вам, что это было изобретательно.