Lenski təcrübəsi

Lenski təcrübəsi — Riçard Lenski və qrupunun başlanğıcda eyni populyasiyaya aid Escherichia coli bakteriyalarından ələ alıb, bunları 12 qrupa ayırması ilə etdikləri təcrübi təkamül çalışmasıdır. Bununla bir-biri ilə başlanğıcda az qala eyni, 12 fərqli bakteriya populyasiyası əldə edilmişdir. Təcrübə 24 fevral 1988 tarixində başladılmışdır.

Təcrübi yanaşma

Təcrübədə E. coli bakteriyalarının istifadə edilmə məqsədi, bakteriyaların bölünmə sürətinin 20 dəqiqə olmasıdır. Bu bakteriyalar, hər 20 dəqiqədə 1 dəfə bölünürlər, beləliklə Təkamül müddətində 1 nəsli yalnız 20 dəqiqədə keçmək mümkündür. Insanların ömrünün 80 il olduğunu və bu müddətdə ortalama 30 yaşına çatdıqlarında çoxaldıqlarını, beləcə 1 nəslin keçilməsinin 30 il qədər sürdüyünü və bu səbəblə bir insanın ömüründə ən çox 2 və ya 3 insan nəsli görə biləcəyini, bütün növlər arasında bilinən növləşmə sürətlərinin ortalaması alındığında, bir növdən yeni iki növün meydana gələ bilməsi üçün keçməsi lazım olan nəsil sayının təxminən 1000 qədər olur. 1000 nəsil, insan üçün 300000 il, E. coli bakteriyası üçün təxminən 333 saat, yəni 14 gündür.

Metodlar

Lenski bu 12 fərqli bakteriya qrupunu götürərək davamlı çoxalmalarına şərait yaratdı. Hər bir qrupu, minimal böyümə mühitində (texniki bir termindir və bir canlının yaşaması üçün lazım olan minimum şərtləri ifadə edir) saxlamağa başladı. Hər yeni gündə, böyüyən populyasiyanın %1-lik qismini yeni bir qab içərisinə götürərək, "1 nəsil" olaraq işarələdi. Lenskinin istifadə etdiyi E. colilər, mühitdə bol qida olmadığı üçün yuxarıdakı məlumatdan daha yavaş törəyirdilər, hər 150 gündə 1.000 nəsil verməkdəydilər. Lenski, bu nəsilləri Ara(-) və Ara(+) adlı bir arabinoz operonu üzərindən işarələdi və nəsilləri ayırd etməyə başladı. 12 koloniyadan 6-sı Ara(-), 6-sı Ara(+) olaraq işarələndi.

Lenski Təkamül keçmişini araşdıra bilmək üçün "fosil dəlillərinə" sahib olmalı idi. Bunun üçün, hər gün nəsilləri yazarkən, 500 nəsildə bir, yəni 75 gündə bir əldə etdiyi son nəsildən bir neçə üzvü kriyoprotektan içərisində qliserol ilə birlikdə "dondurdu" və beləcə, eynilə qalıqlarda olduğu kimi kəsilməli, amma davamlı bir qeyd əldə edə bilməyi bacardı.

Kriyoprotektan və qliserol içərisində saxlanan bakteriyalar, istənildiyi zaman təkrar "həll edilərək" həyatlarını davam etdirə bilməkdədir, bu da bakteriyalarda meydana gələn dəyişmələri araşdırmaq üçün yaxşı bir fürsətdir.

Lenski, davamlı olaraq bakteriyaların ortalama müvəffəqiyyətini (mean fitness) izlədi və nəsillərdən götürdüyü nümunələr üzərində əlavə təcrübələr etdi, ancaq ana nəslə əsla toxunmadı və bir təkamül müddəti şəklində izlədi və qeyd etdi.

fevral 2010 tarixində, bakteriyalar çoxdan 50000 nəsli keçib bölünməyə davam etməkdəydilər. Bu miqdar, statistik olaraq E. coli genomunda olan bütün tək nukleotidlərin keçirə biləcəkləri mutasiyaları bir neçə dəfə keçirə biləcəyi qədər kafi müddət deməkdir.

Təcrübə 22 il sürdü. Bu müddətdə bir çox elmi inqilab yaşandı, internet insanların həyatına tam olaraq daxil olmağı bacardı, televiziyalar, radiolar, avtomobillər inkişaf etdi, kosmosa dəfələrlə peyk göndərildi. Ancaq bunların yanında çox maraqlı bir hadisə baş verdi: Təkamül, laboratoriyada, insanların öz gözləriylə müşahidə edildi:

Təcrübənin başlanğıcında, bir çox xüsusiyyət 12 fərqli koloniya tərəfindən paylaşılmaqda idi, çünki eyni populyasiyaya aiddilər. İlk illərdə, hər bir populyasiyanın ortalama müvəffəqiyyəti sürətlə artdı, ancaq 20.000-inci nəsildən sonra bu artım yavaşladı. Ata növlə müqayisədə yeni nəsillər daha böyük hüceyrə həcmlərinə çatdılar və populyasiyadakı fərdlərin sıxlığı azaldı. Ayrıca hər bir koloniya, qlükoza istifadə etmək baxımından atalarına görə daha müvəffəqiyyətli hala gəldi. Bunlar reallaşırdı, çünki gerçəkdə, təbii mühitlərində E. coli bakteriyaları bolca yemək tapmaqda və sərbəst yayıla bilməkdəydi. Ancaq məhdud qida mühitində və sahədə, bunlar ola bilməz və fərqli istiqamətdə təkamül müddəti başlayır.

Nəticələri

12 nəsildən 4-ündə DNT təmiri mövzusunda problemli mutasiyalar meydana gəldi. Bu da, bu nəsillərdə daha çox mutasiya meydana gəlməsinə səbəb oldu. Lenski, 20.000 nəsil sonunda yüz milyonlarla nöqtə mutasiyası meydana gəldiyini; ancaq bunların 10 ilə 20 dənəsinin populyasiya içərisində fayda verdiyi üçün sabitləndiyini və cəmi, neytral mutasiyalarla birlikdə koloniyalarda 100 mutasiyanın sabitləndiyini (populyasiya üçün norma halına gəldiyini) təsbit etmişdir.

Sitrat molekulları

2008-ci ildə isə Lenski və yoldaşları daha da ciddi, əhəmiyyətli və həyəcanverici bir adaptasiya kəşf etdilər. Bu adaptasiya, 12 populyasiyadan yalnız 1-ində meydana gəlmişdi: E. coli bakteriyaları, daha əvvəl heç sahib olmadıqları bir xüsusiyyət olaraq sitrat molekullarını hüceyrə içərisinə alıb həzm edərək enerji istehsalını bacaracaq şəkildə təkamülləşmişdilər.

E. coli bakteriyaları sitrat molekulunu nəinki həzm etmək, heç hüceyrə içərisinə belə ala bilmirlər, çünki molekul çox böyükdür. Hətta bu xüsusiyyət, E. colinin xəstəlik törədici bir bakteriya olan Salmonelladan ayırd edilə bilməsini təmin etməkdədir. Ancaq təxminən 33.127-inci nəsildə, 12 populyasiyadan birində inanılmaz bir say artımı təsbit edilmişdir. Alimlər, bunun səbəbini araşdırdıqlarında, minimal böyümə mühiti daxilində olan sitrat molekullarının o populyasiyaya aid bakteriyalar tərəfindən həzm edilməyə başladığını kəşf etmişlər. Bu da, digər populyasiyalara görə bakteriyaların həyatda qalma şansını artırmaqdadır, çünki bu daha çox qida deməkdir (digər populyasiyalar sitratı həzm edə bilməyib, yalnız qlükoza ilə kifayətlənmək məcburiyyətindədir).

Lenski, dərhal əlində tutduğu krionik qalıqlara baxaraq, hansı nöqtədə bu xüsusiyyəti qazandıracaq mutasiyaların əldə edildiyini tapmağa çalışmışdır. Bu araşdırması nəticəsində, 31.000 ilə 31.500-üncü nəsillər arasında bir mutasiya meydana gəldiyini və bu mutasiya sayəsində sitratın həzm edilə bilməyə başladığını kəşf etmişdir. Ayrıca, sitratı həzm edə bilən E. coli bakteriyalarının çöldən gəlmədiyindən əmin olmaq üçün bir çox genetik işarələyici ilə nəticələri test etmişlər və bakteriyaların Ara operonu ilə işarəli olan orijinal bakteriyaların nəslindən olduğundan əmin olmuşlar.

Daha sonra 31.000-inci nəsildən əvvəlki nəsillərdən bakteriyalar götürüb, bunları başqa qablarda çoxalmağa davam etdirdiklərində, sitrat həzminin spontan olaraq yenidən təkamülləşdiyini görmüşlər. Ancaq 20.000 nəsildən əvvəl götürdükləri heç bir bakteriya, bu xüsusiyyəti təkamülləşdirməmişdir. Daha detallı etdikləri araşdırmalar nəticəsində bunun səbəbinin, 20.000 nəsildən sonra meydana gələn bir ön-faydalı-mutasiyadan qaynaqlandığını tapmışlar. Bu mutasiya, sitratı həzm edə bilməyə səbəb olan ikinci mutasiyanın reallaşma şansını artırmaqdadır. Bu səbəbdən bu ilk mutasiyanı keçirən fərdlər, asanca sitratı həzm edə bilmələrinə səbəb olacaq mutasiyaya da açıq olmaqdadırlar. Ancaq bu ilk mutasiyaya sahib olmayan fərdlərin, tək səfərdə bu ana mutasiyaya çatmaları o qədər aşağı bir ehtimaldır ki, bunun reallaşması mümkün deyil. Ancaq bir dəfə ilk mutasiya reallaşdımı, nəhəng əhəmiyyətdəki bir hadisənin reallaşmasını təmin edən ikinci mutasiya asanca reallaşa bilməkdədir.

Bir başqa ümumi təkamül də hər bir populyasiyanın, daha əvvəl də dediyimiz kimi, çox daha yumru və iri hüceyrələrə sahib olacaq şəkildə təkamülləşməsidir. Bunu da araşdırdıqlarında, səbəbini tapa bildilər: Bir başqa mutasiya, Penisillin Bağlayıcı Zülal adlı bir zülalı sintez edəcək genin xüsusiyyətini dəyişdirmişdir. Və bu kəşf də başqa bir kəşfə aparmışdır: Bu zülalın dəyişməsi hüceyrə böyüklüyünü və yumruluğunu artırmışdır; ancaq eyni zamanda osmotik stressə qarşı dayanıqlığını aşağı salmışdır. Bu səbəbdən bu bakteriyalar, ata növlərə görə sabit ekoloji şərtlərdə daha qısa müddətdə yaşaya bilməkdədirlər.

Lenski təcrübəsi və təkamül

Lenski Təcrübəsi, möhtəşəm nəticələrə imza atmış bir təcrübədir. Bu təcrübədə Lenski və həmkarları, açıq bir şəkildə bir növün, daha əvvəl heç sahib olmadığı və heç də kiçik əhəmiyyəti olmayan, nəhəng bir dəyişməni bacara bildiyini göstərmişdir. Onsuz da Təkamül bu dəyişmələrin zaman içərisində sayca və keyfiyyətcə yığılması nəticəsində, nəvə növlərin əcdadlarıyla cütləşə bilməyəcək qədər fərqliləşməsi deməkdir. Əgər E.coli bakteriyaları, cinsi olaraq cütləşən fərdlər olsaydılar, bir müddət sonra bu tip xüsusiyyətlər və bu xüsusiyyətlərin genlərdəki əks olunmaları o qədər çox olacaqdı ki, təcrübənin ən başındakı qablardakı fərdlərlə cütləşdirilməyə çalışıldıqlarında genləri uyğunlaşmayacaq və balalar çıxara bilməyəcəkdilər.

Mənbə

http://tekamulaz.blogspot.com/

https://en.wikipedia.org/wiki/Escherichia_coli_long-term_evolution_experiment