(Jezper/Shutterstock) Seit den Anfängen der Genetik im frühen 20. Jahrhundert haben Biologen dies getan diskutiert ob die Evolution eher durch Zufallsmutationen oder durch die ursprüngliche Diversität im Genpool vorangetrieben wird.
Die große Auswahl an genetischen Optionen könnte die natürliche Selektion zu Beginn viel schneller vorantreiben, aber tragen die genetischen Mutationen, die im Laufe der Zeit auftreten, am Ende mehr zum Überleben der Art bei?
Um zu versuchen, dieses langjährige Argument ein für alle Mal zu klären, haben Forscher der Michigan State University die Anpassungsfähigkeit von 72 verschiedenen Populationen getestet Escherichia coli Bakterien über 2.000 Generationen (ca. 300 Tage).
Jede Bakterienpopulation wurde so konstruiert, dass sie zu Beginn des Experiments ein unterschiedliches Maß an genetischer Vielfalt aufwies.
Am einen Ende des Spektrums wurde die Population aus einem einzigen Klon gezüchtet, sodass jede Zelle genetisch mit jeder anderen Zelle identisch war.
In der Mitte des Spektrums wurden Populationen aus einer bereits vorhandenen Bakterienpopulation gezüchtet.
Am anderen Ende des Spektrums E coli Populationen wurden durch die Zusammenmischung einiger bereits bestehender Populationen geschaffen, wodurch die größtmögliche genetische Vielfalt geschaffen wurde.
Zu Beginn des Experiments wurde jeder Population Glukose verabreicht. Um die Anpassungsfähigkeit zu testen, wurden verschiedene Sätze dieser Bakterienpopulationen entnommen und in einer anderen Wachstumsumgebung vermehrt, wodurch sie für ihren Energiebedarf mit der Aminosäure D-Serin anstelle von Glukose versorgt wurden.
Am Generationspunkt 0, 500 und 2.000 wurden die Populationen auf ihre Fähigkeit getestet, mit einem gemeinsamen Konkurrenten (bei dem es sich um einen anderen Stamm von handelte) um Nahrungsressourcen zu konkurrieren E coli mit mittlerem Fitnessniveau).
Der E coli Die Proben stammten alle aus dem Long-Term Experimental Evolution Project, das 1988 von einem der Co-Autoren der jüngsten Arbeit, dem Evolutionsbiologen Richard Lenski, ins Leben gerufen wurde.
Als jede Bakterienpopulation auf ihre Eignung in der D-Serin-Umgebung gemessen wurde, bevor es zu einer Evolution kam, schnitten die genetisch vielfältigeren Populationen besser ab als die Klone.
In den frühen Stadien des Experiments (nach etwa 50 Generationen) war der Reichtum an genetischer Vielfalt in der ursprünglichen Population wichtig für die Anpassung.
Doch ab der 500. Generation spielte die Diversität zu Beginn des Experiments „keine Rolle mehr“, weil die neuen Mutationen „ausreichend groß“ waren, schreiben die Autoren in ihrem Buch Vordruck , das vorab auf BioRxiv verfügbar ist Peer-Review .
Bis zur 500. und 2.000. Generation gab es „keine Unterschiede in der Fitness“ zwischen den verschiedenen Bakterienpopulationen, trotz der unterschiedlichen Fitness zu Beginn.
„Wie wir in unserem Experiment gesehen haben, kann jeder Nutzen einer bereits bestehenden Variation in asexuellen Populationen oft nur von kurzer Dauer sein, da diese Variation gelöscht wird, wenn neue vorteilhafte Mutationen zur Fixierung gelangen“, schreiben die Forscher.
Obwohl es noch nicht von anderen Wissenschaftlern überprüft und in einer von Experten begutachteten Fachzeitschrift veröffentlicht wurde, könnte dieses Ergebnis das Buch darüber schließen am längsten laufendes Argument in der Evolutionsbiologie, wenn es um Bakterien geht.
Aber es gibt keine „richtige“ Antwort hinsichtlich der relativen Bedeutung bestehender Variationen und neuer Mutationen für die Anpassung in der Natur, schreiben die Forscher.
Wissenschaftler, die an verschiedenen Modellen arbeiten, neigen dazu, „die eine oder andere Quelle genetischer Variation zu betonen“, fügen sie hinzu.
Wissenschaftler, die Tiere und Pflanzen untersuchen, neigen dazu, die Vielfalt des Genpools als Hauptquelle der Evolutionsfähigkeit hervorzuheben, da es nicht praktikabel ist, Hunderte von Jahren darauf zu warten, dass Mutationen die Dinge durcheinander bringen.
Diejenigen, die Bakterien studieren und Viren neigen dazu, Mutationen als Hauptquelle der Evolution zu betrachten.
Aber tatsächlich können beide Kräfte – Mutation und bestehende genetische Vielfalt – „nacheinander, gleichzeitig und sogar synergetisch zum Anpassungsprozess durch natürliche Selektion beitragen“, sagen die Forscher.
Dieser Vorabdruck ist verfügbar unter BioRxiv vor dem Peer-Review.