E. Coli Offre Un Aperçu De L'Évolution

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L'expérience de deux décennies de richard lenski sur e. Coli apporte un éclairage nouveau sur les processus évolutifs.

Cet article intitulé Behind the Scenes a été fourni à WordsSideKick.com en partenariat avec la National Science Foundation.

Le biologiste de l'évolution, Richard Lenski, pense parfois que ses 12 flacons originaux d'E. Coli sont une expérience qui continue à donner.

Ses collègues et lui ont nourri ces échantillons et leur progéniture - 52 000 générations et plus - pendant plus de 23 ans, chaque jour, sans congé ni vacances ni week-end.

En termes de générations, il s’agit de la plus longue expérience d’évolution de l’histoire, qui fournit d’innombrables informations importantes sur la mutation et l’adaptation des bactéries au fil du temps.

"Il a eu sa propre vie", a déclaré Lenski à propos de l'étude qui a débuté en février 1988. "C'est incroyable à quel point ce système soi-disant simple est devenu compliqué - il nous réserve toujours des surprises."

Les 12 populations vivent dans un incubateur situé dans le laboratoire de Lenski à la Michigan State University, chacune des douze flacons produisant environ sept nouvelles générations toutes les 24 heures. Chaque jour, les scientifiques prélèvent 1% de chaque population et la transfèrent dans une fiole de glucose frais, un milieu de croissance. Ils prélèvent également des échantillons toutes les 500 générations et les congèlent pour les étudier ultérieurement.

"La chose intéressante est que vous pouvez les ramener à la vie en les décongelant", a déclaré Lenski. "Depuis que nous avons cette série chronologique figée, nous pouvons faire beaucoup de choses différentes. Nous pouvons directement comparer et même concurrencer des bactéries de générations différentes. Nous pouvons directement mesurer leurs améliorations en matière de forme physique. Nous pouvons comparer des organismes ayant vécu à différentes époques. aime vraiment voyager dans le temps. "

L’expérience visait à s’interroger sur la répétabilité de l’évolution. "Si nous examinons la tension entre le caractère aléatoire de la mutation et la prévisibilité de la sélection naturelle, comment se joue l'évolution lorsque vous associez les deux?" Lenski a dit. «C’est vraiment le but de cette expérience à long terme. Au cours de ces décennies, nous avons été témoins de toutes sortes de phénomènes intéressants.»

Ils ont pu voir le taux de mutation évoluer et observer des améliorations spectaculaires de la capacité concurrentielle de la bactérie.

Récemment, par exemple, dans des travaux publiés dans un numéro de Science plus tôt cette année, les chercheurs ont découvert qu’un seul type de E. coli avait produit deux génotypes dominants après 500 générations, l’un clairement plus robuste que l’autre, se développant à un taux environ 6% plus rapide. Après 1000 générations, cependant, il ne restait qu'un type.

À la surprise des chercheurs, ce n'était pas la tension qui avait été la plus forte des deux auparavant, mais la plus faible au départ qui avait prévalu. Que s'est-il passé pendant ces générations? Comment la souche "moins en forme" a-t-elle réussi à gagner?

Les chercheurs ont théorisé que l'une des deux choses s'était produite. Lenski a eu de la chance, "comme un joueur de poker non qualifié obtenant une main gagnante", a dit Lenski, ou bien la souche était plus adaptable et avait subi des mutations bénéfiques qui l'ont finalement conduit à une amélioration à long terme.

La nature de cette expérience a permis aux chercheurs de remonter dans le temps et de reconstruire le processus évolutif. Les scientifiques ont décongelé certains des gagnants éventuels de la 500e génération et créé 20 nouvelles lignes. Ils ont fait la même chose avec les perdants éventuels. Ils ont permis à toutes les bactéries décongelées de se reproduire pendant 883 générations pour voir à nouveau qui gagnerait - le résultat était généralement le même. La tortue, moins en forme à court terme, bat toujours le lièvre.

"Nous avions séquencé les génomes, nous savions quelles mutations finissaient par gagner, nous voulions donc rejouer l'histoire des lignages", a déclaré Lenski. "Il s'est avéré que notre deuxième hypothèse s'est révélée correcte. La tension qui a finalement été retenue, même si elle était moins en forme pour le moment, avait plus de potentiel futur, plus d'évolutivité."

En 2008, ils ont signalé une autre adaptation importante. L'une de leurs 12 populations avait développé la capacité d'utiliser une nouvelle source de carbone, le citrate, pour l'énergie - un talent que son ancêtre n'avait pas.

Il a fallu plus de 30 000 générations pour que cette population puisse utiliser le citrate, ce qui est remarquable puisque "toute l'espèce E. coli Lenski a déclaré que le citrate était depuis longtemps un ingrédient standard dans la "recette" de milieu de croissance utilisée dans le laboratoire Lenski, bien que les organismes ne l'aient jamais utilisé auparavant.)

"Était-ce une mutation rare qui aurait pu arriver à n'importe laquelle des 12 populations et à un moment donné? Ou était-ce une accumulation d'événements après événements qui a amené cette population à suivre une trajectoire différente de celle des 11 autres?" Lenski demande. "Un de mes étudiants diplômés, Zachary Blount, a examiné 10 billions de cellules ancestrales de l'ancêtre d'origine des 12 populations pour voir si elles pourraient développer cette capacité à utiliser le citrate. Aucune d'entre elles ne l'a fait. Il a montré que, de l'ancêtre, ne pouvait pas y arriver, on ne pouvait pas créer un type utilisant du citrate, par une seule mutation.

Cependant, "cela est devenu possible dans les générations suivantes, car le contexte génétique avait changé de manière à permettre à cette population de produire cette mutation", ajoute Lenski. "La probabilité de pouvoir effectuer cette transition a radicalement changé dans le contexte de l'histoire de cette population.

dddUn autre étudiant diplômé du laboratoire, Brian Wade, a commencé une expérience d'essaimage visant à déterminer si les bactéries peuvent évoluer de manière à les rendre résistantes au dessèchement. Cela pourrait avoir des conséquences importantes pour la manipulation des aliments, car la plupart des E. coli Aujourd'hui, "mourrait assez rapidement en restant assis sur un comptoir sec", a déclaré Lenski. "Il a été capable de montrer que dans quelques mois, il peut choisir E. coli qui sont bien meilleurs pour survivre à ce stress que leurs ancêtres. "

Au fil des années, les flacons numérotés de l'expérience initiale à long terme ont développé leur propre "personnalité", a déclaré M. Lenski, certains présentant des taux de mutation plus élevés que d'autres, ce qui les amène à évoluer différemment. "La population de citrates est beaucoup plus dense car non seulement ils consomment du glucose, mais ils reçoivent également une seconde aide."

Il y a environ dix ans, Lenski a envisagé de mettre un terme à l'expérience, mais ses collègues en ont parlé. "Quand j'ai commencé à prendre part à une recherche informatique, je commençais à en avoir un peu marre de la bactérie", a-t-il déclaré. "L'expérience sans fin était presque comme un joug autour de mon cou. Mais mes collègues ont dit:" vous ne pouvez pas arrêter de fumer. " C’était devenu une trop grande institution. J’espère donc que lorsque je prendrai ma retraite, dans 10, 15 ou 20 ans, je pourrais travailler avec un ancien étudiant ou un collaborateur scientifique pour transmettre l’expérience ».

L'expérience a subi des coupures de courant occasionnelles, des dysfonctionnements de l'incubateur et des flacons cassés renversés.

"Nous faisons des erreurs, mais c'est la beauté d'avoir des bactéries congelées", a déclaré Lenski. "Lorsque nous avons des accidents, nous revenons à la dernière fois que nous les avons gelés. Les congélateurs ont aussi des sauvegardes. Nous n'avons jamais perdu de congélateur. Nous avons eu peu de frayeur, mais les choses ont toujours fonctionné."

Pour plus d'informations sur le travail de Lenski, visionnez la vidéo suivante et lisez l'essai de Lenski intitulé "Evolution: Passé, présent et futur".

Note de l'éditeur: Cette recherche a été financée par la National Science Foundation (NSF), organisme fédéral chargé de financer la recherche fondamentale et l’éducation dans tous les domaines de la science et de l’ingénierie. Les opinions, conclusions et conclusions ou recommandations exprimées dans ce document sont celles de l'auteur et ne reflètent pas nécessairement le point de vue de la National Science Foundation. Voir le Dans les coulisses des archives.


Supplément Vidéo: Unité et diversité cellulaire des êtres vivants - SVT Seconde - Les Bons Profs.




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