キャリアの早い段階で、著名な生物学者であるリチャード・レンズキは、自分が進化を余儀なくされるのではないかと考えていました。ポスドク研究助成金が取り消された後、Lenski は暫定的に他の選択肢を検討し始めました。 1 人の子供と 2 人目の子供が生まれている間、Lenski は保険数理の文脈で特定の種類のデータを使用することについてのセミナーに参加しました。これは、彼が大学院生として扱ったのと同じ種類のデータです。 Lenski は講演者から名刺を集めました.彼は新しいキャリアで彼の経歴を活かすことができるのではないかと考えました.
「しかし、時折あることですが、私は非常に幸運でした。流れが変わったのです」と Lenski 氏は Quanta Magazine に語った。 ミシガン州立大学の高層オフィスで。 「助成金が更新され、その後すぐに教職員からのオファーが届き始めました。」
ミシガン州立大学の微生物生態学の教授であるレンスキーは、長期進化実験として知られている研究で最もよく知られています。このプロジェクトは 1988 年に開始され、実際の進化を調べています。彼と彼の研究室のメンバーは、E の 12 の個体群を増やしてきました。大腸菌 65,000 世代以上にわたって継続的に、12 の別々の菌株の発生と突然変異を追跡しています。
その結果は注目を集め、称賛を集めました。これには、レンスキーが 1996 年に受け取ったマッカーサーの「天才」助成金も含まれます。最も注目に値するのは、2003 年に、Lenski と彼の共同研究者が、E.大腸菌 クエン酸をエネルギー源として利用する能力を進化させた.大腸菌 できました。
Lenski は、進化の過程を模倣するように設計されたコンピューター プログラムであるデジタル生物にも関心を持っています。彼は、コンピューター科学者と進化生物学者に独自のコラボレーションを構築する機会を与えるビーコン センターをミシガン州に開設する推進に尽力しました。
クォンタ マガジン は彼のオフィスでレンスキーと会い、進化生物学の分野での彼自身の進化する興味について話しました。会話の編集および要約版が続きます。
QUANTA MAGAZINE:どのような質問があなたのキャリアの原動力となっていますか?
RICHARD LENSKI:私が常に興味をそそられてきた 1 つの疑問は、進化の再現性または再現性に関するものです。古生物学者であり科学史家であるスティーブン・ジェイ・グールドは、次の質問を投げかけました。地球上の生命のテープを巻き戻すことができれば、プロセス全体が再び進行するのを見た場合、どれくらい似ているか、異なっているでしょうか?私たちが行っている長期的な実験により、この疑問について多くのデータを収集することができました。
では、進化は反復可能ですか?
はいといいえ！私はときどき、それは魅力的な動機付けの質問であると人々に話しますが、あるレベルでは、それは恐ろしい質問であり、大学院生に追求するように決して言うことはありません.それは非常に自由度が高く、明確な答えがないからです。
長期にわたる実験から、驚くほど再現性のある非常に美しいものの例がいくつか見られましたが、一方で、ある集団が発火し、他の11の集団とはまったく異なることを行うクレイジーなものもいくつか見られました。実験。
最初に長期実験のアイデアをどのように思いついたのですか?
私はすでに数年間、バクテリアやバクテリアに感染するウイルスの実験的進化に取り組んでいました.それらは魅力的でしたが、すべてがすぐに複雑になりすぎて、「進化を最小限の骨まで減らしましょう」と言いました。特に、進化の再現性や再現性の問題を追求したかったのです。進化の再現性を確認したいのであれば、非常にシンプルなシステムが必要でした。長期実験を始めた当初の目標は、2,000 世代になったら長期実験と呼ぶことでした。
どのくらいかかりましたか?
実際の実験期間は10～11ヶ月ほどでしたが、データを集めて書き上げて論文を発表するまでには2年半ほどかかりました。その時までに、実験はすでに 5,000 世代を過ぎており、私はそれを続けなければならないことに気付きました.
実験がこれほど長く続くと予想していましたか?
いいえ、いいえ、私はしませんでした。おそらく90年代後半から2000年代前半までの5年間、実験を止めようと考えた時期がありました。これにはいくつかの理由がありました。 1つは、進化を研究するこの別の方法に夢中になっていたことです。自己複製するコンピュータープログラムで進化を見ることで、非常に魅力的でした。突然、進化を研究するこのさらに輝かしい方法を見ました。そこでは、さらに多くの世代に渡って、より多くの、一見きちんとした実験を行うことができました.
これらのデジタル生物による進化の研究に対するあなたの見解はどのように変わりましたか 徐々に?
私が最初にそれについて知ったとき、私はこの種の「子犬の愛」を持っていました.最初は、自己複製プログラムを見たり、環境を変えたり、進化が起こるのを見たりするのは、非常に興味深く刺激的でした.
デジタルの進化について非常にエキサイティングなことの 1 つは、私たちが進化を血液と内臓、DNA と RNA とタンパク質に関するものと考えていることです。しかし、進化のアイデアは、遺伝、複製、競争という非常に基本的なアイデアに行き着きます。科学哲学者のダニエル・デネットは、私たちは進化をこのインスタンス化、この形態の生物学的生命として見ていることを強調しましたが、その原理はそれよりもはるかに一般的です.
私の最近の研究の方向性は、主に非常に頭の良い同僚と話したり、これらのシステムを使用している大学院生の委員会に参加したりすることであると言えます。この分野は非常に急速に変化しているため、実験の計画や特定の仮説の策定にはあまり関与していません。容易に達成できる成果の一部を取り上げることができて非常に幸運だったと感じていますが、今では生物学者としてそこにいるような気がして、仮説を批判したり、いくつかの実験で行われる可能性のある制御を提案したりしています.
ということは、あなたがデジタル生物に関心を持っていたことが、長期実験を中止することを検討した理由の 1 つだったということですね。もう 1 つは何ですか?
その時点で、長期的なラインについて少しイライラしていたもう1つのことは、バクテリアが変化する速度が遅くなっていることでした.考えてみれば、まるで進化が止まったかのようだった。これはあまりにも単純な環境であり、彼らができることはそれほど多くないと思いました.
この 2 つの異なることが、実験を中止することを考えさせました。私は何人かの同僚と話しましたが、彼らは基本的に「そんなことはできません」と言っていました。あなたはそれをすべきではありません。ところで、私がこれらのデジタル有機体に非常に興味を持っていたとき、私は妻のマドレーヌと話しました.当時、私たちは実際にフランスでサバティカルを過ごしていました. 」そして彼女は、「あなたはそうすべきではないと思います」と言いました。
奥さんや同僚がそのような反応を示したのはなぜですか?
この実験は、進化的変化のダイナミクスに関する非常に豊富なデータを提供し、科学的な意味ですでに非常に有益でした.それは、調査しているタイムスケールにおいて多かれ少なかれユニークでした。ですから、彼らが私に与えてくれたアドバイスはとても良いものだったと思います。自分で完全にプラグを抜くことができたかどうかはわかりません。私は確かに少しイライラして、それについて考えていました — とにかく、人々はノーと言いました!
Quanta Magazine のローガン・ジルマー
ビデオ: Lenski は進化に驚いたことについて話します.
生物がそれほど進化していないと感じたプラトーを超えましたか?
これは実際、この実験から得られた非常に優れた発見の 1 つです。長期実験を始めたとき、バクテリアはすぐに何らかの限界に達するだろうと思っていました。ほんの数年前、バクテリアは、ハードリミットが何であるかについて過去に推測したことを常に打ち負かすことができることに気付き始めました.私たちは根本的にこれを正しい方法で考えていないことに気付きました。最も単純な環境であっても、生物が代謝のどの段階でも、または生化学のどの段階でも、少しずつ良くなる可能性は常にあります。自然淘汰は、特定のステップでうまくいくわけではありませんが、長期的には常にこれらの微妙な改善を支持します.
バクテリアの 1 系統は、クエン酸を食料源として利用する能力を進化させました。それは、実験の終了を考える前ですか、それとも後ですか?
それが、私たちが実験を止めないことに気づいた理由の 1 つです。 2003 年に、1 つの血統がクエン酸塩を使用する能力を進化させました。それはゲームチェンジャーになりました:この非常に単純な環境でさえ、バクテリアが進化して理解するいくつかの主要なことがあることに気づきました.
バクテリアは、すぐそばにこの素敵なレモンのようなデザートがあることに気づかずに、毎晩夕食を食べていたと言いたいです.そしてこれまでのところ、65,000 世代が経過した後でも、12 の集団のうち 1 つだけがそのクエン酸塩の消費方法を理解しています.
また、実験内の特定の集団がより高い割合で突然変異を起こしたと述べました.それはどのように見えますか？
60,000 世代以上の世代を経て、12 の集団のうち 6 集団がハイパーミュータブルに進化しました。彼らは DNA 修復と DNA 代謝プロセスの変化を進化させ、先祖が [実験開始時に] 行った速度の 100 倍程度の速度で新しい突然変異を発生させました。
バクテリアの観点からは良いことも悪いこともあるので、これは非常に興味深いプロセスです。ほとんどの突然変異は有害であるか、せいぜい中立であるため、それは悪いことです.鉱山の希少なナゲットだけが有益な突然変異です。突然変異率が高いバクテリアは、それらのナゲットの 1 つを発見する可能性が少し高くなります。しかしその一方で、有害な突然変異を持つ子供や孫を生み出す可能性も高くなります.
クエン酸を消費することができた系統は、ハイパーミュータブルに進化したグループの一部でしたか?
それは素晴らしい質問です。クエン酸を使用する能力を進化させた系統では、突然変異率が上昇していませんでした。興味深いことに、 になりました。 突然変異率が高いものの1つですが、クエン酸を使用する能力が進化した後でのみ.これは、より高い突然変異率の利点、つまり探索の追加能力と一致しています。バクテリアはもともとクエン酸を使うのが苦手だったので、 その後 たくさんのチャンスがありました。 彼らはその能力を洗練するためにクエン酸を使用する能力を進化させました.
長期実験は、生命の進化を大規模に理解するのにどのように役立ちますか?
私にとって、長期にわたる実験から学んだことの 1 つは、最も退屈で単純な環境であっても、人生がいかに豊かで興味深いものになり得るかということです。進化がこの多様性を生み出し、押し通せるわずかに半開きのドアを発見できるという事実は、進化の驚くべき発明力を物語っています。そして、この非常に小さな空間的および時間的スケールで、そしてそのような退屈な環境で、これほど独創的で創造的であることができれば、それが自然の中でどれだけ驚くべきものであるかを考えると、私にはさらに畏怖の念が生じます.
このプロジェクトで最も驚いたことは何ですか?
それが何年も経った今でも続いていること。私の人生の目標の 1 つは、実験を確実に継続させることです。実験を永続的に続けるために寄付を募りたいと思います.
将来の長期実験に期待することは何ですか?
このプロジェクトがさらに多くの驚きをもたらすことを願っています。たとえば、ある集団では 2 つの系統が 60,000 世代にわたって共存しており、そのうちの 1 つはもう 1 つの集団が生成している産物を食べています。ある時点で、それが捕食者と被食者の相互作用のようなものに変わるのではないかと思うのは魅力的だと思います.それは確かに可能性の範囲外ではありません。それが起こるかどうかはわかりません.
また、学生、ポスドク、共同研究者と協力し、彼らの成長と発展を見ることは大きな喜びでした.それは、科学者としての私にとって本当に最大の喜びです。私は自分が重婚者であることを人々に伝えるのが好きです。私には 2 つの家族があります。研究室の家族と生物学の家族がいて、どちらも信じられないほど素晴らしい家族です。
訂正:この投稿は 11 月 3 日に改訂され、クエン酸を使用する細菌が 2008 年ではなく 2003 年に出現したことが反映されました。その変化を説明する論文は 2008 年に公開されました。
