Citroenzuur eten lukt bacterie pas na generaties 31.500

Celcultuur van de bacterie E. coli. (foto ap) A culture of E. coli 0157:H7 bacteria grows in a petri dish Thursday, Nov. 29, 2007, at the Roman L. Hruska U.S. Meat Animal Research Center in Clay Center, Neb., where government scientists are working to unlock secrets contained in the genetic makeup of the cattle, and why E. coli contamination appeared to be rising. (AP Photo/Nati Harnik) Associated Press

Een experiment waarin evolutie in een lab wordt nagespeeld, toont hoe sterk cruciale aanpassingen van een soort kunnen afhangen van toevalligheden in hun geschiedenis. Het is de theoretische implicatie van de vondst dat maar één van in totaal twaalf hongerige bacteriën-lijnen en pas na 31.500 generaties erin slaagden om citroenzuur eten, iets dat in hun schrale omstandigheden een flinke voedseluitbreiding betekende (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2 juni online).

Al twintig jaar gieten biologen in het lab van Richard Lenski dezelfde bacteriën over van fles naar fles, elke dag weer. Het experiment begon in 1988, toen Lenski twaalf erlenmeyers vulde met genetisch gelijke bacteriën van de soort Escherichia coli. Sindsdien leeft elk van de populaties voort, op een schraal dieet van glucose. Inmiddels zijn er meer dan 44.000 generaties bacteriën in Lenski’s flessen opgegroeid.

Het experiment leverde Lenski de mogelijkheid op om life’s tape, de door wijlen Stephen J. Gould voorgestelde videoband van het leven, in twaalfvoud op te nemen. Gould vroeg zich af wat er gebeuren zou als die band opnieuw zou worden afgespeeld. In Lenski’s geval: hoe de twaalf groepen E. coli’s door de jaren heen zouden omgaan met chronische suikerschaarste.

Gould vermoedde zelf dat de aarde er steeds anders uit zou zien. Ketens van kleine, toevallige veranderingen zouden de geschiedenis van het leven op de lange termijn onvoorspelbaar maken. Maar testen is moeilijk.

Een cruciale vraag in Lenski’s experiment is of E. coli-stammen dezelfde eigenschappen ontwikkelen, of niet. Voor een aantal kenmerken bleek het antwoord tot nog toe: ja. In alle populaties werden de bacteriën groter, en groeiden ze sneller. Maar nu beschrijft Lenski een aanpassing die zich maar in één van de populaties ontwikkelde: de mogelijkheid om citroenzuur te eten.

Hoewel de groeivloeistof van de bacteriën veel citroenzuur bevat, ontstond pas na 31.500 generaties een stam die het kon. Was er – zoals Gould voorspelde – in één populatie een keten van veranderingen in gang gezet die na jaren leidde tot een bacterie die citroenzuur afbrak?

Lenski’s groep laat zien dat dat zo is. De onderzoekers grepen in de vriezer, en haalden daaruit de voorouders van de citroenzuurvreter. Die waren daar na vijf-, tien-, vijftienduizend generaties enzovoort ingestopt. Ze kregen opnieuw de kans om zich te ontwikkelen. Toen bleek dat alleen de latere bacteriën, vanaf de twintigduizendste generatie, het citroenzuur verteren ontwikkelden. Was er aan het begin een andere weg ingeslagen, dan moesten alle nakomelingen het zonder citroenzuur stellen. De keten van toevalligheden bestaat dus, in Lenski’s erlenmeyers. Hester van Santen