Что есть «эволюция»? Прежде всего, это естественное развитие, сопровождающееся изменением генетического состава и адаптацией к окружающей среде. Другими словами, организмы постепенно мутируют для того, чтобы выжить в непростых окружающих условиях.
И речь сейчас не только о животных, но и о бактериях, которые нас окружают. Учёные из Медицинской школы Гарварда сняли удивительное видео, наглядно демонстрирующее нам процесс эволюции бактерии кишечной палочки. Предлагаем вам посмотреть его.
Суть эксперимента заключалась в следующем: продемонстрировать, каким образом бактерии адаптируются к непростым для их выживания условиям окружающей среды. Для этого была создана гигантская прямоугольная чаша Петри размером 60 на 120 сантиметров. Питательный раствор в ней не был однородным. Чашу поделили на 9 прямоугольных секций. Две крайние секции содержали обычный питательный раствор, в котором бактерии могут свободно размножаться. А вот в каждую последующую секцию были добавлены антибиотики, причём чем ближе секция к середине чаши, тем концентрация антибиотиков была выше.
Таким образом, как только бактерии достигали границы со следующей секцией, у них не оставалось выхода, кроме как эволюционировать для того, чтобы противостоять угрозе своей жизни. Новые штаммы бактерий, устойчивых к антибиотику, продолжали размножаться дальше, и так секция за секцией, старые колонии погибали, а новые продолжали медленно, но верно двигаться к победному центру чаши Петри. Конечно же, в видео вы увидите многократно ускоренную запись этого процесса, ведь на весь эксперимент у гарвардских учёных ушло 11 дней.
Эксперимент имеет не только научную, но и образовательную ценность. Большое пространство арены MEGA позволяет визуально наблюдать мутации и естественный отбор при распространении фронта бактериальной популяции.
По мере постоянного увеличения сопротивления со стороны антибиотика в популяции бактерий возникают многочисленные параллельные линии эволюции, которые различаются по фенотипу и генотипу.
Изучив бактерий в авангарде и позади фронта бактериальной популяции, учёные выяснили несколько интересных вещей. Оказалось, что эволюцию не всегда движут вперёд бактерии, наиболее устойчивые к антибиотикам. Как ни странно, иногда самые устойчивые потомственные линии оказываются заперты позади более чувствительных бактерий. Судя по всему, это происходит из-за «преждевременных» мутаций, когда некоторые бактерии оказываются готовы выжить в более высокой концентрации антибиотика, которая появится в будущем, но ещё не появилась. В такой ситуации потенциально более приспособленные бактерии уступают место во фронте своим сородичам, которые приспособлены именно к актуальной концентрации, существующей в данный момент.
Для проверки этой теории учёные взяли образцы изолированных колоний бактерий с «преждевременными» мутациями и насильно поместили их впереди фронта. Как и предполагалось, они выжили в условиях, в которых основной бактериальный фронт выжить не может.
Учёные также выяснили, что лучшая адаптация к слабому воздействию антибиотика ускоряет впоследствии адаптацию к более высоким концентрациям (на иллюстрации внизу). Всё как у людей, которые способны лучше приспособиться к ухудшающимся условиям жизни, если изменения происходят постепенно и незаметно.