Thomas, Ewolucja bakterii to tak naprawdę projekt w działaniu

Dr Brian Thomas
„Ewolucja” bakterii to tak naprawdę projekt w działaniu [*]

W środowisku ewolucjonistów aż huczy na temat nowej zdolności bakterii do pozyskiwania cytrynianu, substancji chemicznej zawierającej węgiel, z otoczenia i wykorzystywania go jako źródła pożywienia. Niektórzy twierdzą, że pokazuje to, jak działa ewolucja. Ale może bakterie tak postępują, bo zostały zaprojektowane, aby się modyfikować? To mogłoby rozczarować entuzjastów ewolucjonizmu.

Mikrobiolog Richard Lenski jest znany z kierowania najdłużej trwającym eksperymentem ewolucyjnym na bakteriach. Przez kilkadziesiąt lat jego zespół śledził zmiany w ponad 40 000 pokoleń E. coli . Chociaż te bakterie zwykle nie mogą pobierać cytrynianu w obecności tlenu, to po 30 000 pokoleń niektóre z nich to robią. Czy bakterie wymyśliły nowy mechanizm pobierania cytrynianu? Jeśli tak, to w jaki sposób?

Aby sprawdzić, czy to pojawienie się nowej cechy bakterii jest przykładem tego rodzaju ewolucji, która może zmienić mikroba w człowieka, naukowcy musieli dokładnie opisać, co działo się za kulisami. Długo oczekiwane szczegóły pojawiły się w czasopiśmie Nature.[1]

Przed wprowadzeniem tej nowej cechy żadna z innych zaobserwowanych zmian, które śledzili Lenski i jego zespół, nie wykazała, że bakterie ewoluowały w jakiś inny podstawowy rodzaj organizmu — wszystkie były nadal bakteriami E. coli. I jak dotąd żadna z tych zmian nie była związana z jakimś nowym kodowaniem nowych funkcji, co powinno mieć miejsce, jeśli zjawiska losowe są w stanie napisać program komputerowy. Czy szczep E. coli, który nabył nową zdolność do pobierania cytrynianu ze środowiska – zwany Cit⁺ – zbudował nową funkcjonalną, biochemiczną maszynerię przy pomocy przypadkowych mutacji nukleotydów?

W 2010 roku biochemik Michael Behe przebadał 12 nowych fenotypów (fenotypy są zewnętrznym wyrazem genetycznie zakodowanej informacji), jakie bakterie E. coli Lenskiego ujawniły w latach 1994–2008. [2] Behe skategoryzował znane dotąd mechanizmy genetyczne tworzące nowe fenotypy jako mechanizmy gubiące, tasujące lub zyskujące to, co nazwał „funkcjonalnymi zakodowanymi elementami”. Do elementów tych należą geny i promotory genów. Okazało się jednak, że wszystkie znane zmiany w bakteriach polegały na utracie lub reorganizacji wcześniej istniejących funkcjonalnych, zakodowanych elementów. Żaden z nowych fenotypów nie powstał w wyniku pozyskania nowych funkcjonalnie zakodowanych elementów, a tego właśnie wymaga idea ewolucji od molekuł do człowieka.

W tamtym czasie mechanizm leżący u podstaw fenotypu bakterii, które żywiły się cytrynianem, był nieznany. Behe napisał: „Jeśli fenotyp [Cit⁺] powstał wskutek jednej lub większej liczby mutacji, które na przykład dodały jakiś nowy genetyczny element regulacyjny, spowodowały duplikację genu z inną sekwencją lub uzyskały nowe miejsce wiązania, wtedy będzie to godna uwagi mutacja typu zysk-FCT [funkcjonalnego kodowanego elementu]”.[3]

Najważniejsze pytanie brzmi więc: czy bakteria E. coli ewoluowała w szczep Cit⁺ poprzez dobór naturalny? Czy to mutacje stworzyły nowe i funkcjonalne zakodowane elementy w jej DNA? Jeśli tak, byłby to pierwszy przypadek tego rodzaju w zapisanej historii biologii. Ale jeśli nie, to byłaby to tylko kolejna utrata lub modyfikacja wcześniej istniejącej struktury.

W eksperymencie Lenskiego bakterie (zarówno Cit⁺, jak i typu dzikiego) posiadały już gen o nazwie citT . Koduje on białko, które transportuje szereg związków chemicznych podobnych do cytrynianu. Ostatnie wyniki badań pokazały, że w procesie zwanym amplifikacją genu bakteria wykonała dodatkowe kopie genu citT i sąsiedniej sekwencji.

Więcej kopii tego genu powinno przełożyć się na większą ilość kodowanego przez niego białka transportowego. Przy wystarczającej liczbie transporterów bakterie miały dostęp do wystarczającej ilości cytrynianu. Ale tlen dezaktywuje citT, co powoduje, że posiadanie wielu kopii wyłączonego genu nie na wiele się przydaje!

Jednak bakterie rozwiązały ten problem, gdy amplifikacja przeniosła również sekwencję genu w inne miejsce w chromosomie bakteryjnym, gdzie inny, ale istniejący wcześniej promotor mógł ją w nowy sposób regulować. Wydaje się, że w przeciwieństwie do oryginalnego nowy promotor nie wyłącza genu w obecności tlenu. Zamiast tego umożliwia ekspresję genu citT w obecności tlenu, dzięki czemu bakterie z powodzeniem pobierały wystarczającą ilość cytrynianu potrzebną do ich wzrostu.

Autorzy badania napisali: „Struktura amplifikacji cit doprowadziła nas do wniosku, że cecha Cit⁺ powstała dzięki znalezieniu nowego promotora za pośrednictwem amplifikacji”. [4] Dalsze badania potwierdziły to przypuszczenie. Tak więc bakterie rozwiązały problem dostępu do alternatywnego źródła pożywienia, generując dodatkowe kopie właściwego genu i umieszczając te kopie pod kontrolą odpowiedniego promotora. Czy cokolwiek z tego przypomina naturalną, nieukierunkowaną ewolucję darwinowską? W żadnym razie. Ten niesamowity mechanizm nie wymyślił żadnych nowych funkcjonalnych zakodowanych elementów. Zmodyfikował jedynie istniejące wcześniej elementy.

A więc bakterie Cit⁺ nie tylko nie ewoluowały w procesie znanym jako „od cząsteczki do człowieka”, ale pokazały jedynie pomysłowy mechanizm ułożenia na nowo elementów składających się na DNA. To, co nagłówki głównego nurtu przedstawiały jako dowód ewolucji, [5] jest w rzeczywistości jej zaprzeczeniem.

Przypisy:

[*] Oryginał: Brian Thomas, Ph.D., „Bacterial «Evolution» Is Actually Design In Action”, October 15, 2012, https://www.icr.org/article/7083/; z jęz. ang. tłum. Mieczysław Pajewski.

[1] Zachary D. Blount, Jeffrey E. Barrick, Carla J. Davidson & Richard E. Lenski, „Genomic analysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population”, Nature 2012, vol. 489, no. 7417, s. 513-518, https://www.nature.com/articles/nature11514.

[2] Michael J. Behe, „Experimental Evolution, Loss-of-Function Mutations, and «The First Rule of Adaptive Evolution»”, The Quarterly Review of Biology 2010, vol. 85, no. 4, s. 419-445,

[3] Tamże.

[4] Blount et al., „Genome analysis...”.

[5] Patrz na przykład: Hristio Boytchev, „Evolutionary innovation caught in the act”, The Washington Post, September 19, 2012, oraz „Evolution is as complicated as 1-2-3”, Michigan State University News Sept. 20, 2012,

Nie ma plików w tym folderze