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实验室细菌产生重大进化 突现罕见新特点

发布日期:2021-04-28 09:07

  据英国《新科学家》杂志报道,一项重大进化显露在研究人员眼前,这是他们首次看到细菌突现如此罕见且复杂的新特点。由于这些物种是细菌,科学家能重现历史,以再现不可预测进化事件所产生的新奇进化结果。

  20年前,美国密歇根州大学进化生物学家理查德·伦斯基取单个大肠杆菌繁殖,让其后代繁衍了12支实验室细菌种群。如今当伦斯基观察它们发生了什么情况时,发现这12支细菌种群还在成长壮大,并逐渐积累了变异,繁殖出了4.4万多代细菌。在每一个独立的种群中,伦斯基看到大多数细菌的模样是相似的。比如,所有12支细菌种群都进化出了更大的细胞、更快的生长速度和较低的高峰种群密度。

  然而有一些特点与众不同,大约是3.15万代细菌出现了戏剧性的变化,突然获得了代谢柠檬酸盐的能力,而柠檬酸盐是其培养基中的第二种营养物质,大肠杆菌通常利用不了它们。事实上,无能力利用柠檬酸盐是细菌学家区分大肠杆菌和其它细菌的特征之一。而这种利用柠檬酸盐的变异种群增加了大肠杆菌的种群数量和多样性。伦斯基说:“这是我们做实验时看到的最深刻的变化。显然有些细菌完全与众不同,甚至不能考虑为正常的大肠杆菌,这使它特别有趣味。”

  到现在,伦斯基统计过足够的细菌细胞,发现其中所有样本的突变都是几次积累后实现的。这意味着利用柠檬酸盐的能力很特别,可能是一种罕见的不可能的变异种类,或一种罕见的染色体倒置或是几次基因排序突变的累积效果。为发现是种什么样的变异,伦斯基转向冰柜中保存的每种种群每500代的样本,让它们再现他所需要的进化历史。其办法是让细菌苏醒,再让它们重演一次进化历程。

  同一种群会再次进化出能利用柠檬酸盐的能力吗?他想总会有一种群会出现这种累积效果的。结果果然不出所料。这种重演表明原有种群在2万代或以上时开始出现了这种进化重演。他总结在大约2万代时一定突然发生了一些事情,从而使细菌进化出这种利用柠檬酸盐的能力。

  伦斯基及其同事正在识别一些细菌的较早变化,以了解这种变异如何在1万代之后的细菌中产生的。与此同时,实验表明进化并不总是朝着最好的结果出现。相反一些变化事件有时会开放一种种群的进化之门,有时则会关闭其它种群的进化之门。这对反对进化论的人给了反驳一击。此研究成果发表在最新出版的《美国国家科学院》学报上。(尼特)

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