Ogłoszona w XIX wieku przez Karola Darwina teoria ewolucji zakłada, że wszystkie organizmy znajdują się pod wpływem doboru naturalnego, to znaczy muszą wciąż dostosowywać się do warunków panujących w swoim otoczeniu. Te zmiany, które zwiększają szanse na przetrwanie, utrwalają się w populacji i są przekazywane następnym pokoleniom.

Co ciekawe, niektóre żyjące w tym samym środowisku, ale niespokrewnione ze sobą gatunki, wykształcają całkowicie niezależnie, niezwykle podobne cechy, takie jak np. skrzydła u ptaków i owadów oraz opływowy kształt u ryb i waleni. Zjawisko to postawiło przed nami ważne pytanie odnośnie zasad rządzących ewolucją - czy zawsze prowadzi ona do tego samego punktu, czy też nie wyklucza istnienia kilku rozwiązań jednego problemu. Aby wyjaśnić powyższe zagadnienie pracownicyGeorgia Institute of Technology, wskrzesili w swoim laboratorium gen pochodzący sprzed 500 milionów lat. 

Badania z wykorzystaniem prabiałek nie są dla naukowców nowością. Metoda ta została po raz pierwszy wykorzystana przez Joe Thorntona z University of Oregon (USA), który dzięki ekspresji antycznego DNA odnalazł brakujące ogniwo pośrednie ewolucji receptorów hormonów steroidowych. Uzyskane przez niego białka, tak samo jak skamieniałości i szczątki żyjących niegdyś gatunków, stanowią jednak zaledwie fragmenty układanki i nie odsłaniają pełnego obrazu zmian zachodzących w żywych organizmach.

Autorzy nowego eksperymentu obrali zupełnie nową strategię. Już w 2008 roku zdołali określić pradawną sekwencję genetyczną kodującą czynnik elongacyjny EF-Tu (ang. Elongation Factor-Tu), czyli cząsteczkę odpowiedzialną za tworzenie kolejnych wiązań peptydowych w nowo syntetyzowanym łańcuchu aminokwasów. Sprawne działanie tego białka jest niezbędne bakteriom do przeżycia. Z tego właśnie powodu, kodujące je geny ulegają częstym modyfikacjom i mogą stanowić bardzo przydatne narzędzie do badania procesów ewolucji.

Antyczną wersję EF-Tu przywrócono do życia wprowadzając ją we właściwe miejsce na chromosomie współczesnej Escherichia coli. Naukowcy wyhodowali następnie osiem chimerycznych szczepów bakterii i pozwolili starym genom rozwijać się swobodnie w ich wnętrzu.  

„Możliwość obserwowania sposobu w jaki antyczny gen ewoluuje w komórce współczesnego organizmu pozwali nam sprawdzić, czy powtórzy się raz obrana trajektoria ewolucji, czy też procesy adaptacyjne podążają inną ścieżką.” - komentuje główny autor badania Betül Kaçar.

Bakterie składające się zarówno ze „starych”, jak i współczesnych genów przeżyły w warunkach laboratoryjnych, lecz rosły około dwa razy wolniej niż ich odpowiedniki z grupy kontrolnej. Z czasem jednak ich wzrost przyspieszył, a niektóre z linii stały się nawet zdrowsze niż dzisiejsze E.coli, co stanowiło dowód na to, że ich materiał genetyczny ewoluował.

Po upływie około 500 pokoleń zsekwencjonowano genomy wszystkich ośmiu linii, aby w ten sposób ustalić jaki dokładnie charakter miały zachodzące w nich zmiany. Okazało się, że w żadnym z przypadków mutacje nie akumulowały się w genach pradawnego ET-T, lecz zamiast tego dotyczyły pozostałych białek znajdujących się wewnątrz bakterii. Antyczne geny nie upodobniły się zatem do swojej współczesnej formy, a E.coli odnalazły zupełnie nowy sposób na przystosowanie się do panujących warunków.

Wyniki te zaprezentowano na ostatniej konferencji NASA International Astrobiology Science. Stanowią one jednak zaledwie początek badań. Naukowcy mają zamiar kontynuować swoje obserwacje, aby przekonać się, czy w kolejnych pokoleniach rozwój czynników elongacyjnych podąży ostatecznie starą ścieżką, czy też obierze całkowicie inny szlak. Mają oni nadzieję, że w ten sposób uda się im uzyskać odpowiedź na podstawowe pytania dotyczące natury ewolucji.

Autor: Anna Kurcek

Źródło:

Giving Ancient Life Another Chance to Evolve. Scientists place 500-million-year-old gene in modern organism http://www.gatech.edu/newsroom/release.html?nid=138621

Prehistoric proteins: Raising the dead http://www.nature.com/