Chokerende opdagelse i evolutionseksperiment over 60.000 generationer

Long-term evolution eksperiment begyndte i 1988 med 12 populationer af E.coli-bakterier. Man har lige siden fulgt de genetiske forandringer af cellerne i hver af de oprindelige populationer og er nu nået over 60.000 generationer. Illustration: LTEE

Siden 1998 har Richard Lenski ved Michigan State University gennemført et Long-term evolution experiment (LTEE), hvor forskere har fulgt den molekylære evolution i form af mutationer gennem nu 60.000 generationer af E.coli-bakterier.

I en ny artikel i Nature har Lenski sammen med en forskergruppe fra Harvard Universitry set mere indgående på, hvordan disse mutationer opstår og spreder sig gennem en population over så mange generationer.

Hvor hovedparten af de tidligere videnskabelige artikler har fokuseret på de bemærkelsesværdige ændringer, der kan opstå ved mutationer, har man altså denne gang set på den typiske udvikling.

Det er der ifølge Joshua Plotkin fra University of Philadelphia kommet en chokerende opdagelse ud af, som han formulerer det i sin kommentar, der ligeledes er offentliggjort af Nature.

Økosystemer opstår spontant

Traditionelt har man betragtet evolution og økosystemer, som helt adskilte områder, der kan studeres hver for sig.

Inden for de senere år er der godt nok sket en vis opblødning i denne betragtning, men netop i LTEE skulle forholdene være så simple og velkontrollerede, at man ikke ville forvente, at der spontant kan opstå forskellige økosystemer.

Men det er præcist det, som forskerne kan konstatere er sket i 9 ud af de 12 oprindelige populationer.

Det er både overraskende og endnu ikke forklaret godt, hvordan det kan lade sig gøre, skriver Joshua Plotkin i sin kommentar, som peger på, at det rejser en helt række nye spørgsmål omkring vekselvirkningen mellem økologi og evolution, og om det i det hele taget er muligt at samle de forskellige grupper igen i en samlet population.

Undersøgelsen og dens resultater kan opsummeres i denne figur.

Her ses, hvordan mutationer, som begynder ved de orange prikker, hurtigt kan sprede sig til alle celler i en population i løbet de efterfølgende generationer. Mutation 2 og 3 opstår næsten samtidigt og konkurrerer mod hinanden. Det giver som resultat, at i 9 ud af de 12 forskellige oprindelige populationer, som indgår i forsøget, opstår der distinkte forskellige undergrupper eller clader, som det hedder i fagsproget. Disse clader kan sameksistere i titusindvis af generationer. Inden for hver clade kan så opstår nye mutationer, der ikke spreder sig til den anden clade. Illustration: Nature
Emner : Evolution
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Det er da netop hvad jeg ville forvente? Nu har jeg så også tilbragt en del tid med at læse om stokastiske optimeringsmetoder, strange attractors, kaosteori og den slags. Men det er jo netop evolutionen af de forskellige organismer der skaber/er økosystemet.

Jeg forstår ikke overraskelsen. Er der noget jeg har overset?

  • 16
  • 0

Næh, jeg forstår det heller ikke.

Er der ikke bare tale om en genopdagelse af Darwins opdagelse af at livet har udviklet sig forskelligt på forskellige øer i Galapogos?

Det kan da ikke være chokerende. Men måske for en amerikaner ;)

  • 9
  • 3

Kontra en oprindelig teori om mikroevolution hvor en positiv mutation udkonkurrerer sin oprindelige art som er til stede i samme system. Så er det nye at hvis to positive mutationerne opstår tæt på hinanden tidsmæssigt, så kan de ko-eksistere i samme system.

@Thorbjørn Jeg håber ikke det er din almene opfattelse af religiøse mennesker lever under en sten. ;)

  • 4
  • 0

Er der ikke bare tale om en genopdagelse af Darwins opdagelse af at livet har udviklet sig forskelligt på forskellige øer i Galapogos?

Dermed har de heller ikke konkurreret med hinanden - de har boet på hver deres ø. Det interessante i petriskålen, er vel at de 2 kulturer - clader - eksisterer side om side uden at kunne udkonkurrere hinanden. På samme ø kan man sige. Forventningen er vel at en mutation der giver en fordel vil - uanset hvor lille den måtte være - over tid vil udkonkurrere de organismer der ikke har mutationen. "Survival of the fittest" - der er så åbentbart flere måder at være mest "fit" på i samme miljø.

  • 15
  • 0

Det er nu ikke den store nyhed, det har længe været kendt fra feltstudie, at nært beslægtede arter kan opstå og leve blandt hinanden.

  • 4
  • 0

Det interessante i petriskålen, er vel at de 2 kulturer - clader - eksisterer side om side uden at kunne udkonkurrere hinanden

Det minder måske stadig lidt om Darwins finker, hvor de endte med at være 13-14 forskellige slags. Ikke fordi, at de udelukkende boede på forskellige ø'er, men for at levede i forskellige nicher på de samme ø'er (ø'er på ø'erne om man vil). Nogle finker endte med at leve af hårde frugter, mens andre endte med at fange insekter.

Hvis bakterierne udnytter maden lidt forskelligt (og endnu bedre hinandens restprodukter) så ville det måske bare være starten på to nicher og dermed bakteriernes svar på finkernes udvikling i hver deres retning.

Vores tarmflora har flere typer e.coli, så naturen har gjort det før.

  • 5
  • 2

er fagtermen for artsdannelse indenfor den samme lokalitet. Det har været diskuteret længe, men i almindelighed anses allopatrisk speciation (artsdannelse i geografisk isolation) for det almindelige. Dog er det fx blevet foreslået at mutationer der er genetisk inkompatible med den tidligere genotype kunne være en mulig vej til sympatrisk speciation.

Helt generelt er udfordringen jo i hvert fald at opnå en adskillelse som er hurtig nok og "stærk" nok til at de to subpopulationers evolution ikke bare konvergerer påny. Denne adskillelse kunne udover rent genetiske mekanismer også bestå i økologisk divergens (fx metabolisme eller adfærd).

Så vidt jeg ved har det dog ofte vist sig ved nærmere undersøgelse, at det der ligner sympatrisk speciation alligevel er allopatrisk, fordi de to populationer på en eller anden vis har fordelt sig forskelligt geografisk. Dette virker dog selvsagt ikke sandsynligt hvis vi taler om bakteriekulturer i kolber, som det vist er tilfældet her.

PS: Jeg har desværre hverken læst forskningsnartiklen eller kommentaren, da de ligger bag Natures betalingsmur.

  • 11
  • 0

Er der et håb om at videnskaben en dag gør fremskridt?

Der var en gang hvor videnskaben flyttede sig fremad. Men i dag så kan videnskaben ikke længer komme videre, fordi den hænger fast i tankemønstre og ideer som burde være forladt for længe siden, i takt med de videnskabelige fremskridt.

Når Darwin bruger geografisk isolering, som mekanisme for artsdannelsen, så er det fordi han ikke kendte til DNA. Da vi i dag kender til DNA, så burde Darwins fejltagelser være forladt.

  • 1
  • 10

Dermed har de heller ikke konkurreret med hinanden - de har boet på hver deres ø. Det interessante i petriskålen, er vel at de 2 kulturer - clader - eksisterer side om side uden at kunne udkonkurrere hinanden. På samme ø kan man sige. Forventningen er vel at en mutation der giver en fordel vil - uanset hvor lille den måtte være - over tid vil udkonkurrere de organismer der ikke har mutationen. "Survival of the fittest" - der er så åbentbart flere måder at være mest "fit" på i samme miljø.

Det ville nu være en ret underlig antagelse, da den svarer til at antage sympatrisk artsdannelse (i modsætning til allopatrisk artsdannelse) ikke kan ske, hvilket naturen i høj grad modbeviser. F.eks. de mange cikilde-arter i Malawi søen. Der er nemlig netop mange måder at være fittest på, hvis mange forstår at udnytte andre økologiske nicher inden for det samme geografiske område. Og nye arter giver så et rigere økosystem, der igen giver nye nicher, som andre arter kan tilpasse sig. Hvorfor man også ser at for to geofysisk ens miljøer, vil det ældste have den største artsrigdom (sammenlign f.eks. Bajkalsøen med de store søer i Nordamerika).

  • 4
  • 0

Når Darwin bruger geografisk isolering, som mekanisme for artsdannelsen, så er det fordi han ikke kendte til DNA. Da vi i dag kender til DNA, så burde Darwins fejltagelser være forladt.

Darwin argumenterede netop ikke bare ud fra geografisk evolution. Hans observation var netop hvordan én oprindelig art kunne give grundlag for flere nye arter (inden for samme geografisk område) ved at tilpasse sig forskellige økologisk nicher, såkaldet sympatrisk artsdannelse (hans berømte studie af de forskellige specialiseringer af næb på finkerne).

  • 6
  • 0

Så vidt jeg ved har det dog ofte vist sig ved nærmere undersøgelse, at det der ligner sympatrisk speciation alligevel er allopatrisk

Der er da masser af eksempler, som er svært at forklare som andet end sympatrisk artsdannelse. F.ek.s Malawisøens mange cikilde arter. Iøvrigt er det vel faktisk nemmere at forstå sympatrisk artsdannelse blandt bakterier, da de netop ikke har seksuel reproduktion (men nok nogen horisontal genudveksling).

  • 1
  • 0

Bortset fra de faktiske resultater, som jeg ikke kan vurdere, synes jeg det er fascinerende at man kan køre et forsøg i over 25 år . I moderne videnskab er kravene til hurtige resultater så overvældende , at mange søger de hurtige og - nogen gange - ligegyldige resultater. En gennemsnitlig forsker vil kunne lave 2 af disse forsøg i sin livstid.

  • 9
  • 0

Ja og nej. Det er ikke nødvendigvis let at påvise at det som i dag er forskellige arter rent faktisk levede sammen under adskillelsen. Jeg burde nok også have sagt rumlig adskillelse snarere end geografisk. Der kan nemlig godt være tale om adskillelse på mikroskala, fx om man lever i trækroner eller på jorden, eller på forskellige arter af træer.

Jeg kender meget lidt til Malawiciklider, men sådan en sø (og denne er jo ovenikøbet stor) kan sagten være inddelt i vidt forskellige "patches" af egnet habitat ("levested"). Det kan skyldes forhold som pletvis tilgængelighed af føde, ynglepladser eller skjul for fjender.

Man skal i øvrigt passe på med at gøre antagelser om arters spredningsevne. Sommerfugle kan som bekendt flyve, men der er arter som sjældent flyver længere end få hundrede meter, mens andre flyver til DK fra Sydeuropa hvert forår. Så bare fordi en ciklide sagtens kunne svømme en halv kilometer væk er det ikke sikkert at den gør det - den kan være adfærdsmæssigt programmeret til at blive i sit nærområde.

En yderligere komplikation er, at levesteder kan blive fragmenteret og smelte sammen påny over tid, fx som følge af klimatiske udsving (istid/mellemistid, etc.). Det som i dag evt. ligner sammenhængende habitat har derfor ikke nødvendigvis været det på det tidspunkt hvor artsdannelsen fandt sted.

  • 3
  • 0

Darwin argumenterede netop ikke bare ud fra geografisk evolution. Hans observation var netop hvordan én oprindelig art kunne give grundlag for flere nye arter (inden for samme geografisk område) ved at tilpasse sig forskellige økologisk nicher, såkaldet sympatrisk artsdannelse (hans berømte studie af de forskellige specialiseringer af næb på finkerne).

Der er nogen ende på myte dannelsen? http://videnskab.dk/miljo-naturvidenskab/d...

Problemet med personkult i videnskaben er at videnskaben bliver en form for dogmatisk religion. I en dogmatisk "videnskab" kan ikke længere få anerkendt nye opdagelser. Med mindre at man kan tillægge profeten ens egen opdagelse. fx: Darwin havde intet kendskab til at der findes forskellige økologiske nicher.

  • 0
  • 3

. Jeg burde nok også have sagt rumlig adskillelse snarere end geografisk. Der kan nemlig godt være tale om adskillelse på mikroskala, fx om man lever i trækroner eller på jorden, eller på forskellige arter af træer.

Det er ikke sådan ordet anvendes inden for mainstream biologi. Her anvendes sympatrisk artsdannelse i betydningen, at arterne har samme geografiske udbredelsesområde. Denne specialisering til forskellige økologiske nicher, er det man mener er den største drivkraft ved sympatrisk artsdannelse. Det er klart at hvis du laver en definition hvor selve det, der driver sympatrisk artsdannelse, diskvalificere fra at tale om sympatrisk artsdannelse , så har du lavet dig selv en definition, der sikrer at sympatrisk artsdannelse aldrig vil kunne ske. Sådan en definition er ikke særligt interessant, da den ikke på nogen måde beriger forskning eller forståelse, og det er nok en af mange grunde til, at det ikke er den definition man anvender.

Men så findes der jo begrebet mikro-allopatrisk, som nogle biologer anvender. Jeg mener ikke at det er meningsfyldt, af årsager, som jeg ikke vil belemre folk med her, med mindre du direkte spørger.

Endelig så er der jo også begrebet parapatrisk artsdannelse, og hele diskussionen om hvorvidt begreberne sympatrisk artsdannelse og allopatrisk artsdannelse overhovedet giver mening som andet end ekstremer i et kontinuert spektrum. Også den diskussion synes jeg at vi skal spare folk for.

  • 1
  • 0

@Thorbjørn Jeg håber ikke det er din almene opfattelse af religiøse mennesker lever under en sten. ;)

Nej da - der findes heldigvis flere, som trods deres tro, er villige og åbne for en normal samtale omkring muligheden for at verden kan opfattes på mange måder og at livet kan leves på mange måder :o) Der er heldigvis også nogle der melder sig ud, fordi de oprigtigt tror på at verden og livet, ikke kan koges ned til en enkelt bog - hvilket jeg syntes er skønt, fordi så er der flere til at snakke med, som ikke er medlem af en specifik klub. Jeg går netop ikke ind for eksklusion, men det er nogle gange svært, hvis man ikke får det samme igen, som man prøver at give til andre. Jeg refererede til andet indlæg, hvor der blevet skrevet "måske amerikanere". Så jeg mente faktisk også "måske religiøse" ;o) Jeg har mødt et hav af mennesker, som troede på alt muligt, hvilket jeg også har haft en fin dialog med dem om. At jeg så mest tror det er filosofi, kreativ politik og livsstil - og ikke noget magisk, er så blot min holdning og forhåbentlig også noget jeg kan tillade mig, i et næsten frit land - uden at blive brændt på bålet eller noget andet kreativt ;o)

  • 2
  • 0

Nej da - der findes heldigvis flere, som trods deres tro, er villige og åbne for en normal samtale omkring muligheden for at verden kan opfattes på mange måder og at livet kan leves på mange måder :o)

Alligevel er det min erfaring. at flere af dem er ret uforberedte på de problemer en stringent analytisk-filosofisk begrebsanalyse viser, hvis man vil beholde en religiøs tro, og samtidig holde 100% fast på naturvidenskaben. De kan godt se problemerne, men har ofte meget svært ved at forholde sig til dem. Det giver nok en kognitiv dissonans. Det største problem er, at selv om man har som sit erklærede program, at holde naturvidenskaben og den religiøse tro 100% adskilt, så er det faktisk ikke nær så nemt, som man måske umiddelbart skulle antage, at konstruere et begrebsapparat, hvor dette er muligt.

  • 1
  • 0

Du har nok ret, Jens, ang. den gængse brug af "sympatrisk", mit ærinde var sådan set netop i tråd med dit, nemlig (uden alt for mange begreber) at illustrere at det ikke er meningsfuldt alene at fokusere på yderpunkterne mht. overlappende eller helt diskrete udbredelsesområder. Du strammer den dog vel meget når du skriver at jeg definerer sympatrisk speciation på en måde der gør den umulig, for som jeg også nævner i mit første indlæg, er pludseligt opstået genetisk adskillelse en mulighed selv med min snævre brug af sympatri. Det kan ske ved kromosomaberrationer eller polyploidi (overtallige kromosomsæt ift. de gængse to i diploide organismer).

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten