Zwei Forscher der Michigan State University haben ein Experiment mit Escherichia coli-Bakterien durchgeführt, das dazu beitragen soll, eine langjährige Debatte in der Evolutionsgemeinschaft beizulegen. Sie haben ein Papier geschrieben, in dem sie ihr Experiment und ihre Ergebnisse beschreiben, und es auf der veröffentlicht bioRxiv Webseite.
Viele Jahre lang haben Wissenschaftler in der Gemeinschaft der Evolutionsbiologen darüber diskutiert, was einen größeren Einfluss auf den Evolutionsprozess hat – Vielfalt oder zufällige Mutationen. In diesem neuen Versuch führten Minako Izutsu und Richard Lenski ein Experiment durch, das die Evolution von E. coli-Bakterien über 300 Tage umfasste und das Testen beinhaltete, was – Diversität oder Mutation – den größten Einfluss auf ihre evolutionäre Entwicklung haben würde.
Das Experiment umfasste die Züchtung von E. coli in ihrem Labor, wo die Bakterien sich fast ein Jahr lang unter verschiedenen Bedingungen vermehren durften – lange genug, um ungefähr 2.000 Generationen hervorzubringen.
Zu Beginn wurden Bakteriengruppen mit unterschiedlicher genetischer Diversität in Petrischalen gesetzt und mit Glukose und der Aminosäure D-Serin gefüttert. Der Grad der Diversität reichte von null für geklonte Proben bis zu einer so großen Diversität, wie die Gruppe sie durch Mischen und Anpassen von Proben vor dem Experiment herstellen konnte. Alle Proben wurden auf die gleiche Weise gepflegt, während die Bakterien wuchsen und sich vermehrten, und alle wurden dazu angeregt, sich weiterzuentwickeln, indem sie mit einem anderen E. coli-Stamm um Nahrung konkurrieren mussten. Tests wurden an mehreren Generationspunkten durchgeführt, von 0 bis 2.000.
Bei der Betrachtung des Anpassungsgrades der verschiedenen Gruppen stellten die Forscher fest, dass am Generationspunkt 50 diejenigen, die als vielfältiger begannen, einen klaren Vorteil hatten – sie entwickelten sich so, dass sie besser um Nahrung konkurrieren als diejenigen, die als weniger vielfältig begannen. Aber als die Zeit verging und mehr Generationen produziert wurden, verringerte sich der Vorteil. Am Ende der Studie war der Rand vollständig verschwunden.
Die Forscher schlagen vor, dass ihr Experiment zeigt, dass die Vorteile, die sich aus der anfänglichen Diversität ergeben, in den nachfolgenden Generationen bald verloren gingen, was darauf hindeutet, dass zufällige Mutationen der Hauptantrieb der Evolution sind – zumindest bei E. coli.
Die Arbeit der Forscher wird die Debatte natürlich nicht beenden, selbst nachdem ihre Arbeit geprüft und in einer angesehenen Zeitschrift veröffentlicht wurde. Ähnliche Experimente müssen an komplexeren Kreaturen durchgeführt werden, um zu sehen, ob ihre Ergebnisse Bestand haben.
Minako Izutsu et al, Experimental Test of the Contributions of Initial Variation and New Mutations to Adaptive Evolution in a Novel Environment, bioRxiv (2022). DOI: 10.1101/2022.05.31.494207
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