Биологи обнаружили, что эволюция нового вида может происходить достаточно быстро, чтобы они могли наблюдать за процессом в простой лабораторной колбе.
В ходе месячного эксперимента с использованием вируса, безвредного для человека, биологи, работающие в Калифорнийском университете в Сан-Диего и в Мичиганском государственном университете, задокументировали эволюцию вируса в два зарождающихся вида - процесс, известный как видообразование, который Чарльз Дарвин предложил объяснить ветвление на древе жизни, когда один вид в процессе эволюции разделяется на два различных вида.
«Для объяснения видообразования было предложено множество теорий, и они были проверены путем анализа характеристик окаменелостей, геномов и естественных популяций растений и животных», - сказал Джастин Мейер, доцент биологии Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Диего и первый автор исследования, которое будет опубликовано в номере журнала Science от 9 декабря.«Однако видообразование крайне сложно тщательно исследовать, потому что оно происходит слишком медленно, чтобы его можно было наблюдать напрямую. Не имея прямых доказательств видообразования, некоторые люди сомневаются в важности эволюции и дарвиновской теории естественного отбора».
Исследование Мейера, которое также появилось на прошлой неделе в одном из первых онлайн-изданий журнала Science, началось, когда он был докторантом Мичиганского государственного университета, работая в лаборатории Ричарда Ленски, профессора микробной экологии, который был пионером в области микробной экологии. использование микроорганизмов для изучения динамики долговременной эволюции.
«Несмотря на то, что мы решили изучить видообразование в лаборатории, я был удивлен, что это произошло так быстро», - сказал Ленски, соавтор исследования. «Однако чем глубже Джастин копался в вещах - от того, как вирусы заражали разных хозяев, до последовательностей их ДНК - тем убедительнее становились доказательства того, что мы действительно наблюдаем ранние стадии видообразования».
«Благодаря этим экспериментам никто не может сомневаться в том, происходит ли видообразование», - добавил Мейер. «Что еще более важно, теперь у нас есть экспериментальная система для проверки многих ранее непроверяемых идей о процессе».
Для проведения своего эксперимента Мейер, Ленски и их коллеги культивировали вирус, известный как «бактериофаг лямбда», способный инфицировать бактерии кишечной палочки с помощью двух рецепторов, молекул на внешней стороне клеточной стенки, которые вирусы используют для прикрепляются, а затем заражают клетки.
Когда биологи снабдили вирус двумя типами клеток, различающимися по своим рецепторам, вирус превратился в два новых вида, по одному специализированному на каждом типе рецепторов.
«Вирус, с которым мы начали эксперимент, вирус с недискриминационным аппетитом, вымер. В процессе видообразования его заменили его более развитые потомки с более изысканной палитрой», - объяснил Мейер.
Почему новые вирусы взяли верх?
«Ответ так же прост, как старое выражение: «мастер на все руки не мастер ни в чем», - объяснил Мейер. «Специализированные вирусы гораздо лучше заражали через предпочитаемый ими рецептор и не позволяли своему «мастеру на все руки» предку заражать клетки и размножаться. Выживание наиболее приспособленных привело к появлению двух новых специализированных вирусов».
Исследование Мейерса проводилось в течение шести лет в двух разных лабораториях. Первые эксперименты были проведены в штате Мичиган при частичной поддержке BEACON, Центра изучения эволюции в действии Национального научного фонда, а анализы были завершены в Калифорнийском университете в Сан-Диего.