Mint ahogy tudjuk, egy élőlény örökítőanyagának megváltozását mutációnak nevezzük. A mutációs események viszonylag ritkák, a DNS másolását végző polimeráz enzim általában néhány százmillió – egymilliárd bázisnyi DNSben ejt egyetlen hibát. Hogy ez sok vagy kevés, az erősen viszonylagos, mint ahogyan az is erősen kutatott kérdés, hogy mi történne, ha a mutációs ráta csökkenne vagy éppen nőne? Hogyan lehetne mégis kísérletesen vizsgálni ezt a kérdést?
Loh és munkatársai egyszerűen közelítették meg a kérdést. Egy csomó DNS polimeráz I mutáns Escherichia coli törzset hoztak létre, amelyekben így nagy mértékben különbözött a mutációk bekövetkezésének az esélye. Voltak köztük vad típusú DNS polimerázt hordozók, olyanok, amelyek a vad típusúnál sokkal ritkábban építettek be hibás bázisokat (antimutátor) és olyanok is, amelyek a vad típusú enzimnél sokkal gyakrabban hibáztak (mutátor). A legerősebb antimutátor polimeráz ezerszer kevesebb hibás bázist épített be, mint a vad típusú, a legerősebb mutátor enzim pedig a vad típusúnál ezerszer több hibát hozott létre. Végül tizenegy mutátor, ötvenegy antimutátor és négy vad típusú törzzsel dolgoztak. A törzsek a mutáns polimerázokat kódoló géneket plazmidon hordozták, a kromoszómális genomjuk azonos volt, így kizárták az esetleges háttérmutációk hatását.
Mint ahogy tudjuk, egy élőlény örökítőanyagának megváltozását mutációnak nevezzük. A mutációs események viszonylag ritkák, a DNS másolását végző polimeráz enzim általában néhány százmillió – egymilliárd bázisnyi DNSben ejt egyetlen hibát. Hogy ez sok vagy kevés, az erősen viszonylagos, mint ahogyan az is erősen kutatott kérdés, hogy mi történne, ha a mutációs ráta csökkenne vagy éppen nőne? Hogyan lehetne mégis kísérletesen vizsgálni ezt a kérdést?
Loh és munkatársai egyszerűen közelítették meg a kérdést. Egy csomó DNS polimeráz I mutáns Escherichia coli törzset hoztak létre, amelyekben így nagy mértékben különbözött a mutációk bekövetkezésének az esélye. Voltak köztük vad típusú DNS polimerázt hordozók, olyanok, amelyek a vad típusúnál sokkal ritkábban építettek be hibás bázisokat (antimutátor) és olyanok is, amelyek a vad típusú enzimnél sokkal gyakrabban hibáztak (mutátor). A legerősebb antimutátor polimeráz ezerszer kevesebb hibás bázist épített be, mint a vad típusú, a legerősebb mutátor enzim pedig a vad típusúnál ezerszer több hibát hozott létre. Végül tizenegy mutátor, ötvenegy antimutátor és négy vad típusú törzzsel dolgoztak. A törzsek a mutáns polimerázokat kódoló géneket plazmidon hordozták, a kromoszómális genomjuk azonos volt, így kizárták az esetleges háttérmutációk hatását.
Minden törzsből százötvenmillió egyedet kevertek össze, majd hat részre osztották ezt a baktériumkeveréket, mind a hat csövet egy napon át harminchét Celsius fokon rázatva növesztették, majd friss táptalajra helyezték, mindezt harmincegy napon át ismételték, így összesen körülbelül háromszázötven nemzedéken át folytatták a kísérletet. Ez a környezet szélsőségesen változó, az átoltás után sok a táptalaj, míg a huszonnegyedik óra végére már jelentősen túlnőttek a sejtek. Ez után szilárd táptalajra szélesztették a baktériumokat és megvizsgálták hogy lemezenként tizenhat telep melyik PolI enzimet kódoló plazmidot hordozza. Ugyanezt a kísérletet elvégezték LB táptalajon és minimáltáptalajon is.
Az eredmény elég egyértelmű, ha nem is mondhatjuk, hogy meglepő. A vizsgált tizenkét kultúra mindegyike a kísérlet kezdetekor hatvanhat baktériumtörzset tartalmazott egyenlő arányban, a kísérlet végén azonban összesen nyolc törzset tudtak kimutatni belőlük. A nyolc törzs mindegyike a mutátorokból került ki, a legenyhébb mutátor törzs is a vad típusúnál háromszor több hibát vétett a DNS másolásakor, a legsúlyosabb negyvenhétszer többet. Sem vad típusú, sem antimutátor törzseket sem mutattak ki a kísérlet végén, bár ezek alkották a kiindulási populáció sejtjeinek nyolctizedét, ami egyértelműen jelzi, hogy versenyhelyzetben a sok mutáció előnyös, míg a kevés mutáció hátrányos. Azonban ugyanígy a kísérlet végére kiszorultak a populációkból az extrém mutátor törzsek, amelyek százötvenszer és ezerszázszor több hibát vétettek a vad típusnál, ami azt is jelzi, hogy ez az összefüggés nem lineáris, a túl sok mutáció ugyanúgy hátrányos, mint a túl kevés. (Az A ábrán látható az egyes LB táptalajban nevelt kultúrákban az egyes törzsek megoszlása, a B ábrán ugyanezt az eloszlást tüntették fel minimáltáptalajon végzett kísérletben, a C ábra a nyolc genotípus jellemzőit adja meg, a D ábra pedig a százalékos arányukat az összes törzs között.)
Megvizsgálták a legnagyobb arányban jelen lévő “nyertes” törzseket mind a hat kultúrából és azt tapasztalták, hogy a hat nyertesből öt szignifikánsan gyorsabban nőtt, mint a szülői törzs, amiből származott, ezekből négy egyszerűen nagyobb maximális sűrűséget ért el, míg egyben szignifikánsan rövidebb időt vett igénybe egy osztódás. Ezek után kipróbálták, mi történik, ha a “nyertes” törzseket a szülői törzsükkel és vad típusú sejtekkel azonos mennyiségben keverik egy kultúrába és nem meglepő módon azt tapasztalták, hogy az összes szülői törzs lassabban nőtt, mint a vad típusú, míg az összes nyertes, egy hónapon át szabadon evovált törzs gyorsabban nőtt, mint a vad típusú sejtek.
No most mi látszik ebből a kísérletből egyértelműen? A felhasznált baktériumtörzsek teljesen azonosak voltak, köztük az egyetlen különbség a plazmidon bejuttatott PolI enzimben mutatkozott a kísérlet kezdetén, így gyakorlatilag csak a mutációs rátájukban tértek el. Ahhoz, hogy bármelyik is túlnője a többit, előnyös mutációknak kellett történnie benne, amit a nagyobb mutációs ráta segített elő, a nagyszámú véletlen mutáció jelentette azt az előnyt, amivel az egyes mutátor törzsek túl tudták nőni a vad típusú és az antimutátor törzseket is. Egyszerűen a mutátor törzsek gyorsabban alkalmazkodtak a környezetükhöz, mint azok, amelyekben kevesebb mutáció történt. Mint ahogy ez egyértelműen látszik abból is, hogy ha egy hónapon át hagyták az evolúciót a maga útját járni, a nyertes törzsek életképessége megnőtt az egy hónappal korábbi őseikhez képest.
Köszönet a The Panda’s Thumb blognak a cikk ajánlásáért!
Loh E., Salk J. J., Loeb L. A. (2010): Optimization of DNA polymerase mutation rates during bacterial evolution; PNAS, 107 (3), 1154-9
Sexcomb
Dehát ez nem bizonyít semmit!!!
Baktériumból mindig csak baktérium lesz. Nem egér, nem ember. Mindig csak baktérium.
És egyébként is, a teremtő ööö akarommondani a bölcs tervező beletervezte a baktériumba a változás képességét.
Ráadásul mindez az intelligens tervezést bizonyítja, mert ugye változás a tudósok intelligens beavatkozásának következménye.
Mondtam már, hogy baktériumból csak baktérium lett, nem kutya, és nem macska, mindig csak baktérium?
😀
Nagyon erdekes! Koszi! Vajon mi lehet az oka, hogy a kiserletben a “normalis” vad tipusunal tobb mutaciot generalo bacik szaporodtak el es nottek tul a vad yipust, mig a “termeszetben” nem ok, hanem a vad tipusu mutacios rataval rendelkezok maradtak fenn?
Tipp 1: a kiserletben nagyobb volt a korulmenek valtozatossaga, amikhez alkalmazkodni kellett mint a termesztes korulmenyek kozott?
Tipp 2: hosszu tavon hatranyos az ilyen (magas) merteku valtozekonysag…
Lenne egy gyors kérdésem: mi az a háttérmutáció? Biztos nagyon alap, de én sajnos nem tudom.
Előre is Köszönöm!
@ Bazsi: A hátérmutáció egy olyan mutáció, amiről nem tudunk, mégis jelen van az élőlényben. Ilyenkor csak azért fontos, nehogy a kísérlet eredményét torzítsa az, hogy mondjuk a baktériumtörzsek nem csak a PolI enzimjükben különböztek.
@ tamaskodo: A cikkben nem írnak erről. Nekem a kísérletből az jön le, hogy a mutációk alapesetben hátrányosak, mert csökkentik az osztódás sebességét. Egyetlen előnyük, hogy minél több mutáció történik egy baciban, annál gyorsabban alkalmazkodik.
Így egy új környezetben, amihez még nem alkalmazkodott a jószág, a sok mutáció előnyös, míg amikor már elég jól alkalmazkodott a viszonyokhoz, az új mutációk adta gyorsabb alkalmazkodás előnye egyre kisebb lesz, így egyre előnyösebbé válnak a pontosabb polimerázok. Az egész egy egyensúlyi helyzet, ahol a környezettől függ, hogy itt éppen mekkora mutációs ráta előnyös.
Az emberi bélrendszer viszont gyanítom, hogy egy kifejezetten stabil környezet, folyamatos a táplálékellátás, ott nincs meg ez a bőség-éhezés ciklus, ráadásul az immunrendszer még a lehetséges kompetitorok zömét el is pusztítja, úgyhogy vélhetőleg a változatlan környezetben az alacsonyabb mutációs ráta előnyösebb.
a2g.
A dolog, amivel viccelsz, nem ilyen bonyolult bár valóban nem történt evolúció, hanem a kísérletben a pozitív mutációk száma mindössze az extrém körülményekhez igazította a szóban forgó baktérium törzseket, és a faji és fajta béli minőségüket védte a külső hatások ellen.
Hurrá!!! A tudomány felfedezte Istent! 😀
@Kovács Csaba:
Akkor a te istened az evolúció? Én azt hittem keresztény vagy…
Arról nem is beszélve, hogy a keresztény tanokba szerintem elég nehezen férne bele egy olyan Isten, aki változatossá tervezett vírusokkal és baktériumokkal az emberiség hajnala óta mészárol mindenkit és még most is újabb és újabb járványokkal veszélyezteti milliárdok életét, sőt aktívan segít biológiai fegyverek fejlesztésében is.
Lehet választani, hogy az Istened egy mindenható szadista, vagy a legegyszerűbb élőlényekre is 0 hatással bíró széplélek.
@pounderstibbons: ugye nem sokat olvasol Bibliát?
@Tgr.
Hébe-hóba azért előfordul.
Ha jól értem célzásod, arra utalsz, hogy a nagy Ószövetségi mészárlásokat eltűrő vagy éppen szervező istenképbe akár be is férne a dolog. Ez így korrekt, de egy keresztény ember már Krisztust és az Újszövetséget követi, ahol már nem igazán ez az istenkép dominál.
A keresztény isten vagy szadista, vagy nem mindenható. Ez logikailag szükségszerű, mert egy mindenható és erkölcsileg ép lény nem teremtene olyan világot, amiben a lakói szenvednek. A filozófiában a gonosz problémájának (argument from evil) nevezik ezt.
Mitikus tanmesének aranyos, hogy az első ember engedetlensége miatt Isten az egész fajt halálra ítéli (ami alól aztán felmentést kapsz, ha elég szorgalmasan hódolsz Jézusnak), de a valójában egyszerűen nem összeegyeztethető ez egy jóindulatú természetfeletti lény képével. A kereszténység azért tudott fennmaradni, mert képes volt elfogadtatni a követőivel, hogy a vallás dolgaira egyszerűen nem alkalmazzuk azt az erkölcsi intuíciót, amivel egyébként a világ dolgait értékeljük.
A mindig zseniális LessWrongon van egy jó tanmese arról, amit ők úgy hívnak, hogy suspension of moral disbelief:
http://lesswrong.com/lw/169/the_sword_of_good/
Hasonlóan a suspension of disbelief jelenségéhez, amikor egy regény olvasása közben átmenetileg képes vagy egyszerre tudatában lenni és nem tudatában lenni annak, hogy amit olvasol, az nem valóságos (és így beleélni magad a történetbe, és mégsem lepődni meg azon, hogy nem a valóságos élet törvényszerűségei szerint működnek a dolgok), a vallás egy olyan szüre zónában terül el, ami eléggé nem-mese ahhoz, hogy valóságnak higgyék, de eléggé mese ahhoz, hogy egyáltalán ne úgy viszonyuljanak hozzá, mint a valósághoz. Ha egy neoprotestánsnak elmondod, hogy valaki megparancsolta a körülette levőknek, hogy szolgálják és imádják őt, és halállal fenyegette mindazokat, akik ezt visszautasították, akkor fel fog háborodni, hogy micsoda gonosz gazember lehetett. Ha megmondod neki, hogy ez a valaki Isten volt, akkor elő fog húzni valami bibliaórán hallott homályos racionalizációt (Isten teremtett minket, tehát joga van elvárni az imádatunkat stb.), anélkül, hogy egyáltalán megpróbálni valóban tudatosítani magában a morális dilemmát. Isten egyszerűen más dimenzióban lakik, mint az erkölcs.
A Nyesten éppen most folytattak le egy vitát ezzel kapcsolatban a kommentek között:
http://www.nyest.hu/hirek/kentucky-duhos-az-evoluciora
(Nem tudom, hogy hová tűnt el a tegnap elküldött kommentem, ha megsértettem valamivel a moderátorokat és/vagy a kommentálási irányelveknek nem megfelelő hangnemet használtam, elnézést kérek, de most még egyszer beírom).
” ugye nem sokat olvasol Bibliát?”
Hát, azt mondják, hogy a Bibliából – ha nagyon akarjuk – mindent ki lehet hozni és meg lehet indokolni.
” Ez logikailag szükségszerű, mert egy mindenható és erkölcsileg ép lény nem teremtene olyan világot, amiben a lakói szenvednek”
Természetesen, ha feltételezzük, hogy Isten emberi fogalmakkal leírható lény. Mindenhatóság problémája azért sok teológust, filozófust és egyébb embert is foglalkozott: A “tehetetlen Teremtő” képzete -a keresztény istenkép esetében is – időről-időre mindig is felmerült (“Isten” szerepe kimerült pusztán a teremtésben).
Általában népszerűbb volt az, hogy az istenek akaratát és igazi természetét nem lehet megismerni. (Mondjuk akkor a neoprotestánsoknak fel lehet tenni a kérdést, hogy talán az erőszakos térítés elutasítása és a halálos fenyegetésnek való ellenállást várja el az Isten. Kb. mint abban az indiai történetben, amikor egy ember egész életében azt hajtogatta, hogy nem létezik Indra, aztán halála után találkozott vele és Indra maga vezette a mennyországba. Mikor más lelkek látták, megkérdezték, hogy miért: azért mert mindig csak rám gondolt egész életében. Mi van, ha éppen azt várja, hogy ne imádjuk és szolgáljuk feltétel nélkül?)
@Pierre: Nem cenzúráztuk a hozzászólásodat, valamiért nem is érkezett be. Összesen a vasárnapit és a keddit találom a hozzászólások közt, nincs köztük törölt sem. Ha ilyen történik, tényleg érdemes újra leírni, mert a spamen kívül semmit sem cenzúrázunk, tehát nem fordulhat elő, hogy megsértődünk bármilyen hozzászóláson.