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• Evolvierbarkeit und natürliche Auslese: Studie zeigt, wie natürliche Auslese genetische Systeme für zukünftige Anpassungen optimiert.
• Hypermutierbarer Locus: Entdeckung eines Locus, der Mutationen 10.000-mal schneller erzeugt und schnelle Anpassungen ermöglicht.
• Anpassung mit Voraussicht: Studie zeigt, wie natürliche Auslese Organismen befähigt, zukünftige Umweltveränderungen vorherzusehen und sich anzupassen.
Eine neue Studie von Forschern des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie (MPI-EB) wirft neues Licht auf eines der meistdiskutierten Konzepte in der Biologie: die Evolvierbarkeit – also der Fähigkeit zur evolutionären Anpassung. Die Arbeit liefert den ersten experimentellen Beweis dafür, wie die natürliche Auslese genetische Systeme formen kann, um die zukünftige Fähigkeit zur Evolution zu verbessern, und stellt damit die traditionelle Sichtweise auf evolutionäre Prozesse in Frage.
Die Fähigkeit von Organismen, adaptive genetische Variationen zu erzeugen, ist entscheidend für den evolutionären Erfolg, insbesondere in sich verändernden Umgebungen. Die MPI-EB-Studie untersucht, ob natürliche Auslese nicht nur zufällig durch Mutationen gesteuert wird, sondern auch gezielt Mechanismen fördert, die vorteilhafte Veränderungen begünstigen.
Die Forscher führten ein dreijähriges Experiment mit experimentellen mikrobiellen Populationen durch. Diese Populationen wurden stark selektiert und mussten sich wiederholt zwischen zwei Merkmalen an wechselnde Umweltbedingungen anpassen. Linien, die nicht in der Lage waren, den erforderlichen Phänotyp zu entwickeln, wurden eliminiert und durch erfolgreiche Linien ersetzt, wodurch die Bedingungen für die Selektion geschaffen wurden, um auf der Ebene der Linien anpassungsfähige Merkmale zu entwickeln.
Die Evolution eines hyper-mutierbaren Locus liefert Voraussicht
Durch die Analyse von mehr als 500 Mutationen deckte die Studie das Auftreten eines lokalisierten genetischen Hypermutationsmechanismus in bestimmten mikrobiellen Abstammungslinien auf. Dieser hyperveränderliche Locus, der durch einen mehrstufigen Evolutionsprozess entstand, wies eine Mutationsrate auf, die bis zu 10.000-mal höher war als die der ursprünglichen Linie. Er erlaubte schnelle und umkehrbare Veränderungen von Merkmalen durch einen genetischen Mechanismus, ähnlich denen in krankheitserregenden Bakterien.
„Experimente ebnen oft den Weg zu einem neuen Verständnis, indem sie Geheimnisse durch die Aufklärung mechanistischer Details auflösen“, sagte Paul Rainey, der leitende Autor der Studie. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Selektion auf der Ebene der Abstammungslinien die Entwicklung von Merkmalen vorantreiben kann, die das Evolutionspotenzial erhöhen, und bieten einen faszinierenden Einblick in die Art und Weise, wie die Evolution eine Art 'Voraussicht' erlangen kann.“ Michael Barnett, Erstautor der Studie, fügte hinzu: „Indem wir die Evolution eines hypermutablen Locus nachweisen, zeigen wir, dass es bei der Anpassung nicht nur um das Überleben in der Gegenwart geht, sondern auch um die Verfeinerung der Fähigkeit, sich in der Zukunft anzupassen.“
Die Ergebnisse stellen die seit langem vertretene Ansicht in Frage, dass die Evolution ohne Voraussicht abläuft. Stattdessen zeigen sie, wie die natürliche Auslese die Evolutionsgeschichte in die genetische Architektur einbetten kann, wodurch Organismen in die Lage versetzt werden, Umweltveränderungen „vorauszusehen“ und ihre Anpassung zu beschleunigen. Diese Forschung liefert nicht nur wichtige Erkenntnisse über die Evolution mikrobieller Krankheitserreger, sondern hat auch Auswirkungen auf das Verständnis der Anpassungsmechanismen in komplexen Systemen.
Die Forschungsergebnisse werden in dem Artikel „Experimental Evolution of Evolvability“ von Michael Barnett, Lena Meister und Paul Rainey in der Zeitschrift Science beschrieben.
Prof. Dr. Paul Rainey
Abteilung Mikrobielle Populationsbiologie
Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv4087
Experimentelle Evolution der Evolvierbarkeit durch Abstammungsselektion.
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology
transregional, national
Research results, Transfer of Science or Research
German
Experimentelle Evolution der Evolvierbarkeit durch Abstammungsselektion.
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