การก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของวิวัฒนาการเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมเล็กๆ น้อยๆ ที่สะสมมานับพันชั่วอายุคน การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นDIET BREAKTHROUGH แบคทีเรียในขวดในการทดลองที่มหาวิทยาลัยมิชิแกนสเตตในอีสต์แลนซิงกลายเป็นเมฆมากเมื่อ E. coli ภายในวิวัฒนาการความสามารถในการกินสารเคมีที่เรียกว่าซิเตรต การศึกษาใหม่อธิบายกระบวนการสามขั้นตอนที่นำไปสู่ความสามารถ
BRIAN BAER และ NEERJA HAJELA
แบคทีเรีย E. coliที่เติบโตในขวดในห้องปฏิบัติการมาเกือบ 25 ปีได้เรียนรู้ที่จะทำบางสิ่งที่E. coli ไม่ ได้ทำมาตั้งแต่ยุค Miocene: กินสารเคมีที่เรียกว่าซิเตรตในที่ที่มีออกซิเจน นักชีววิทยาด้านวิวัฒนาการ Zachary Blount และ Richard Lenski จาก Michigan State University ใน East Lansing และเพื่อนร่วมงานอธิบายขั้นตอนของโมเลกุลที่นำไปสู่ความสำเร็จทางออนไลน์ในวันที่ 19 กันยายนในNature
งานนี้แสดงให้เห็นว่าแม้ว่าลักษณะใหม่ ๆ ดูเหมือนจะเกิดขึ้นในชั่วพริบตาที่พูดเชิงวิวัฒนาการ แต่ลักษณะเหล่านั้นแท้จริงแล้วเป็นผลจากการปรับแต่งทางพันธุกรรมหลายพันรุ่น
บรูซ เลวิน นักชีววิทยาด้านประชากรและวิวัฒนาการแห่งมหาวิทยาลัยเอมอรีในแอตแลนต้า กล่าวว่า “ความสามารถในการไม่เพียงแต่พูดถึงวิวัฒนาการของยีน แต่การได้เห็นมันจากการทำงานจริงนั้นยอดเยี่ยมมาก “นี่เป็นการมาถึงจุดสำคัญของวิวัฒนาการ”
การล้อเลียนรายละเอียดระดับโมเลกุลที่อยู่เบื้องหลังวิวัฒนาการของE. coli ที่กินซิเตรต อาจช่วยให้นักวิจัยเข้าใจวิวัฒนาการในสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ได้ดีขึ้น
Paul Rainey นักพันธุศาสตร์วิวัฒนาการแห่งมหาวิทยาลัย Massey
ในเมืองโอ๊คแลนด์ ประเทศนิวซีแลนด์ และสถาบัน Max Planck แห่งนิวซีแลนด์ กล่าวว่า การเรียนรู้ที่จะกินซิเตรตหรือที่เรียกว่ากรดซิตริกนั้นเป็นนวัตกรรมที่ยิ่งใหญ่พอ ๆกับการพัฒนาดวงตาหรือปีกสำหรับสัตว์หลายเซลล์ ชีววิทยาวิวัฒนาการใน Plön ประเทศเยอรมนี
บรรพบุรุษของE. coliและแบคทีเรียอื่น ๆ อาจเคยกินซิเตรตได้เมื่อมีออกซิเจน แต่E. coliสูญเสียความสามารถอย่างน้อย 13 ล้านปีก่อน Blount กล่าว อันที่จริง การไม่สามารถเติบโตบนซิเตรตในสภาวะที่อุดมด้วยออกซิเจนเป็นลักษณะเฉพาะของE. coliที่ช่วยแยกแยะพวกมันจากแบคทีเรียชนิดอื่น
ขวดสิบสองขวด แต่ละขวดมีประชากรE. coli ที่พัฒนาอย่างอิสระ มีการเติบโตในห้องทดลองของ Lenski มานานกว่า 56,000 รุ่น น้ำตาลกลูโคส ที่มีความเข้มข้นต่ำของอาหารโปรด ของ อี. โคไล ทำให้ประชากรส่วนใหญ่อยู่ในการควบคุม แต่ราวๆ รุ่น 33,000 ขวดหนึ่งขวดเรียกว่า Ara-3 กลายเป็นเมฆครึ้มเมื่อแบคทีเรียภายในพัฒนาความสามารถในการกลืนซิเตรตซึ่งเป็นสารเคมีที่ควบคุมกรดซึ่งมีอยู่มากมายในสารละลายการเจริญเติบโต
ความสามารถของ Ara–3 E. coliเพื่อลดแหล่งอาหารทางเลือกอย่างน้อยสามขั้นตอนในการพัฒนา ดำเนินการมากกว่า 13,000 รุ่น นั่นเท่ากับมูลค่าวิวัฒนาการของมนุษย์ถึงสี่ล้านปี ในเวลาเพียงห้าถึงหกปีของการเติบโตในห้องทดลอง ขั้นตอนที่หนึ่ง ซึ่งนักวิจัยเรียกว่า potentiation ได้กำหนดขั้นตอนสำหรับการพัฒนาความสามารถในการกินซิเตรต แบคทีเรียในรุ่น 20,000 มีศักยภาพที่จะพัฒนาเป็นผู้กินซิเตรต Blount พบในการทดลองก่อนหน้านี้ หลังจากตรวจสอบพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมของแบคทีเรียหลายรุ่นอย่างละเอียดสำหรับการศึกษาครั้งใหม่นี้ Blount และเพื่อนร่วมงานพบว่ามีการกลายพันธุ์อย่างน้อยสองครั้งเกิดขึ้นก่อนคนรุ่น 20, 000 ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของความสามารถในการกินซิเตรตและการกลายพันธุ์เหล่านี้อาจมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน
ขั้นตอนที่สอง เรียกว่าการทำให้เป็นจริงนั้นชัดเจนกว่ามาก มีการคัดลอก DNA ที่มียีนที่อยู่เฉยๆ เพื่อย้ายซิเตรตไปยังเซลล์ และคัดลอกสำเนานั้นเข้าไปใกล้กับยีนดั้งเดิม ยีนที่คัดลอกและวางเริ่มผลิตโปรตีนที่สูบฉีดซิเตรตอีกครั้ง ก่อนการทำซ้ำE. coliไม่สามารถนำซิเตรตเข้าไปในเซลล์เพื่อกินได้
แม้ว่าการทำซ้ำครั้งแรกจะเกิดขึ้นในช่วงระหว่างรุ่น 31,000 ถึง 31,500 แบคทีเรียเหล่านั้นก็กัดซิเตรตเท่านั้น ขั้นตอนที่สาม การปรับแต่ง ใช้เวลาอีก 1,500 ถึง 2,000 รุ่น (ประมาณหนึ่งปีในห้องแล็บ หรือ 30,000 ถึง 40,000 ปีที่วิวัฒนาการของมนุษย์) ก่อนที่แบคทีเรียจะสามารถใช้แหล่งอาหารใหม่ได้อย่างเต็มที่ การปรับแต่งบางส่วนนั้นรวมถึงการทำสำเนายีนขนส่งซิเตรตมากยิ่งขึ้น ยีนสี่ชุดดูเหมือนจะเป็นจำนวนในอุดมคติ
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
