行动中的演变:长期项目刺激了许多领域的研究bob体育登录

进化过程从来没有像理查德·伦斯基(Richard Lenski)对细菌的实验那样被直接观察到这么多代,而且如此详细,现在有6万多代大肠杆菌。

汉娜微生物生态学杰出教授理查德·伦斯基在26年前开始了长期进化实验。

在世界范围内,寻求抗生bob体育登录素耐药性解决方案和从事其他项目的研究人员无疑受到Richard Lenski的工作的启发密歇根州立大学agbirbob体育登录esearch进化生物学家和汉娜微生物生态学杰出教授。他对大肠杆菌(E. coli)的长期实验始于1988年,当时他将12个细菌种群(都来自同一祖先菌株)放入12个装有相同简单培养基的烧瓶中,以观察它们进化的相似或不同之处。

起初,Lenski希望实验至少持续一年,这将跨越大约2000个细菌世代。如今,26年过去了,这个被称为长期进化实验(LTEE)的项目已经达到了6万代。它目前由国家科学基金会资助,用于环境生物学的长期研究。bob体育登录虽然查尔斯·达尔文的自然选择理论已经被许多科学证据所证实,但进化过程从来没有像在伦斯基的实验中那样经过这么多代人的直接观察和如此详细的观察。这项工作之所以与众不同,是因为这项长期研究可以回答许多问题。它带来了关于适应速度和新能力起源的新见解。它还揭示了短期成功和长期坚持之间的进化紧张关系——适应性更强的细菌类型有时会战胜那些拥有短期竞争优势的血统。

除了利用细菌繁殖和进化的速度,Lenski和他的研究团队还定期冷冻细菌样本,以备将来研究,他称之为“冷冻化石记录”。bob体育登录多年来,人们发明了强大的新技术来分析每个活细胞中存在的DNA,最终实现了对整个基因组进行测序的能力。

伦斯基说:“当时我不知道新技术会帮助我们发现DNA中的所有变化。”“但由于我们在整个实验过程中都将细菌样本保存在深冰箱中,就像时间旅行一样,因为我们现在可以直接比较数万代人的基因组。”

LTEE并不是Lenski实验室的唯一项目。在最近的另一项实验中,Lenski的团队首次展示了一种名为“Lambda”的病毒可以通过进化找到一种进入宿主细胞的新方法,这一创新需要四次突变才能实现。幸运的是,Lambda对人类没有危险——相反,它会感染大肠杆菌。然而,这项研究为理解病毒如bob体育登录何进化出复杂且可能致命的新特征提供了一个典型的模型。

Lenski关于进化的研究也进入了数字世界。他与计算机科学家合作,利用计算机程序自我复制、变异并进化出新的能力。“我的同事开发了这个生物学启发的软件,我们可以用它来探索进化过程,”他说。“与此同时,他们正在利用这些进化过程来帮助开发网络、通信系统和机器人领域的新技术。”

当Lenski继续从事细菌的基础研究时,LTEE项目已经引导其他人朝着各种应用bob体育登录方向努力——从生物学方面的菌株改进和微生物取证,到在计算方面利用进化机制的新策略。

“我认为这些实验的主要好处是,它们让我们更好地理解进化,因为它是经过实验验证的,而不是一种解释,”大学植物、土壤和微生物科学杰出教授、微生物生态学中心主任詹姆斯·蒂杰(James Tiedje)说。里奇看到了实时的进化,因为他有重复,他可以看到进化结果的差异和相似之处。这与抗生素耐药性的发展直接相关,他的基础工作可以帮助找到解决所有类型耐药性的出现和传播的方法。”

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本文发表在《未来》杂志上,该杂志由密歇根州立大学AgBioResearch每年出版两次。BOB体育bob体育登录欲查看过去的期货,请访问www.futuresmagazine.msu.edu.欲了解更多信息,请发邮件给编辑霍莉·惠茨斯通whetst11@msu.edu或打电话517-355-0123

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