Darwini evolúció egy kémcsőben

A Scripps Kutató Intézet tudóscsoportja létrehozta a Galápagos-szigetek egy mikroszkopikus megfelelőjét - egy mesterséges ökorendszert, ahol a molekulák azért fejlődnek, hogy különböző ökológiai fülkéket, nichéket aknázzanak ki, hasonlóan Charles Darwin pintyeihez, akikről a Fajok eredete című művében értekezett 150 évvel ezelőtt.

A kutatás az evolúció klasszikus alapelveit demonstrálja. Például bebizonyítja, hogy amikor különböző fajok közvetlenül versenyeznek ugyanazért a véges erőforrásért, csak a legrátermettebb marad életben. A munka azt is bemutatja, hogy amikor adott egy erőforrás választék, hogyan fejlődnek a különböző fajok egyre specializáltabbá, különböző ökológia fülkéket, vagyis a környezeti tényezők a fennmaradáshoz szükséges adott együttes állását töltve be megszokott ökorendszerükben.

A dr. Sarah Voytek által vezetett kutatás célja a darwini evolúció megértésének elősegítése volt. Az élő fajok molekulákkal történő helyettesítése remek alkalmat kínált erre, mivel itt az evolúció évek, vagy évszázadok helyett napok alatt megy végbe, egy olyan közösségben, ahol több millió molekula szaporodik. "Nagyon gyorsan tanulmányozhattuk a történéseket" - mondta Gerald Joyce professzor, Voytek konzulense, a PNAS szaklapjában megjelent tanulmány társszerzője.

A Galápagos-szigeteken tett látogatása során Darwin különböző pintyfajokat gyűjtött be és tanulmányozott. Madarai elsősorban csőrszerkezetükben tértek el egymástól, egyes példányoknak vastag, erős csőrük volt, másoknak vékony és törékeny. Darwin megfigyelte, hogy a különböző pintyek a fő táplálékforrásukként szolgáló magvakhoz alkalmazkodtak. A nagy csőrű madarak azokon a területeken éltek, ahol a nagyobb magvak teremtek, a kis csőrűek pedig a kisebb magvak termővidékein éltek.

Darwin feltételezte, hogy a pintyek egy közös őstől származtak, azonban különböző fajokká váltak szét - ez a darwini evolúció "niche felosztásának" klasszikus koncepciója, ami kimondja, hogy amikor két faj egy adott környezetben harcol az erőforrásokért, különbözővé válik, hogy más-más preferált erőforrás felhasználásához alkalmazkodjon.

Joyce professzor éveken át kísérletezett egy bizonyos enzimatikus RNS-molekula típussal, ami képes folyamatosan fejlődni egy kémcsőben. Ennek az evolúciónak az alapja abból a tényből ered, hogy mindig, amikor egy molekula osztódik, megvan az esély a mutálódásra, így a populáció időről-időre új jellemvonásokkal gazdagodhat. Két évvel ezelőtt Voyteknek sikerült kifejleszteni egy második, nem rokon enzimatikus RNS-molekulát, ami szintén folyamatosan fejlődik. Ez lehetővé tette, hogy a két RNS-t egy közegben megversenyeztessék, ugyanúgy, mint egykor Darwin tette a pintyekkel.


Az új tanulmányban a fő erőforrás, avagy a "táplálék" az RNS-ek szaporodásához szükséges molekula-ellátás volt. Amíg az RNS-eknek elegendő élelem áll a rendelkezésükre szaporodnak, szaporodásukkal pedig mutálódnak. Idővel, ahogy ezek a mutációk felgyűlnek, új formák jelennek meg - ezek közül egyesek erősebbek, mint mások. Amikor Voytek és Joyce egyetlen élelemforrás alkalmazásával fej-fej melletti küzdelemre kényszerítette az RNS molekulákat, azt észlelték, hogy az adott élelem felhasználásához jobban alkalmazkodott molekulák kiemelkedtek, a kevéssé alkalmazkodó RNS-ek pedig idővel eltűntek.

Ezután a két RNS-t újra összezárták, ezúttal öt különböző élelemforrással, melyek egyikével sem találkoztak korábban. A kísérlet kezdetekor minden RNS mind az öt élelemtípust hasznosította, de egyiket sem különösebben hatékonyan. Több száz generációnyi evolúció után azonban a két molekula egymástól függetlenül más és más élelemhez kezdett alkalmazkodni, ízlésük kölcsönösen különbözött - saját élelmüket preferálva kerülték a másik molekula élelemforrását.

A folyamatban a molekulák különböző evolúciós szemléletmódot alakítottak ki. Az egyik óriási hatékonyságra tett szert az élelem elfogyasztásában, megközelítőleg százszor gyorsabban falta fel a tápanyagot, mint a másik molekula, ami lassan táplálkozott ugyan, de háromszor több ivadékot hozott létre generációnként. Ezek mind a túlélés klasszikus evolúciós stratégiái, összegzett Joyce professzor.