30年的实验从根本上改变了我们对进化如何工作的看法

这是1988年。一位年轻的科学家建立了一个简单的演化实验，涉及在烧瓶中生长的细菌的小菌落。为了安全，他尝试了两个变化，每个变化都具有略微不同的参数。虽然它们并排存在，但这两个实验基本上是平行的宇宙，彼此的镜像版本，只有几件掉出来。

其中一个实验失败了几个月 - 细菌很快就会像他们应该一样迅速生长。但另一组殖民地练习术。该实验最终发展成为一种史诗般的比例 - 一个人将提供前所未有的洞察力进入演化的机制，并产生庞大的实验室和研究人员生态系统。

这是两项实验之间的小差异，这是如此重要的？或者是愚蠢的运气，一个人成功，一个失败了？那些问题巧合，正是实验的创造者进化生物学家Richard Lenski是什么，一直试图回答。

三十一年后，Lenski在密歇根州立大学的实验室中间站立。他高大，有一个剧烈的脸，皱起蓝眼睛，当一个主题出现的话题时，闪光强度。在他面前是一个玻璃夹紧的胸部，其中12个大肠杆菌坐在烧瓶中，在里面的机器经常轻柔地摇动。这些小容器持有最新的实验迭代，已成为Lenski的定义成果：长期演进实验，或LTEE。

Lenski在遗传层面跟踪，他的12种细菌群体发生的变化。看到出现哪种突变并将它们与身体特征联系起来，让他实时观察细菌的生物学。然后他可以研究为什么一个突变可能粘在一起的时候，而另一个突变则消失。

这是一个深刻影响的问题。进化的力学是对地球脸上的每一个生物都有责任，并且永远拥有或永远。了解进化如何在基本级别工作是回答一个大问题的重要步骤：为什么我们的世界看起来就是这样做的？

几十年来，Lenski实验室一直在这样的烧瓶中涌入大肠杆菌以获得长期进化实验。 （信誉：夏洛特博德克）

在其核心，进化是一个悖论。它由一个看似随机的过程驱动 - 突变的外观 - 但结果是难以滥用的。解开Chaos询问顺序的机制是Lenski实验的最终目标。

尽管如此，研究进化难以孤立在本质上几乎不可能。当科学家设计一个实验时，他们尽一切努力确保除了他们想要学习的一个变量之外的任何变化。但是，在复杂且不断移动的环境的背景下发生驱动进化的突变。

然而，在LTEE中，在每种一代细菌被引入与其祖先相同的条件时，没有可变性。当他们每天经过超过六代的时候 - 相当于人类历史超过150年 - 曾经冰川进化的一次冰川进程开始在时间规模上展开，更适合我们见证。

作为生物体繁殖，自然发生的突变。这些小误差发生在遗传物质被复制。突变往往是坏的，但有时他们会导致一个有助于的特质。被称为自然选择的过程杂草用简单，严重的逻辑探讨破坏性突变。

在Lenski的实验中，如在现实世界中，有害突变的细菌会更慢或死亡，因此它们不会将其突变的基因传递给尽可能多的后代。那些使它们复制最快的新特征的人变得最丰富，这意味着他们的后代最有可能被包括在实验的下一次迭代中。这增加了最有益的新型突变将成为整个人口遗传构成中的永久性夹具的可能性。

由于细菌堆叠有用的突变，他们开始改善，或者在进化生物学的倾向中，变得更加合适。在LTE中，通过细菌繁殖的快速来衡量健身。

在Lenski的12个玻璃宇宙中，温度为37摄氏度，与您的身体98.6华氏度相同。过去三十年来，这是37岁。超过70,000代细菌已经生活在烧瓶中，就像这些一样。

他们的护理和喂养精确。细菌生活在用葡萄糖等营养物质的水中，他们吃的糖以及柠檬酸盐，一种有助于它们占用铁的化合物。每天，实验室成员从每个10毫升烧瓶（200滴）从每个10-毫升（200滴）中占用0.1毫升（相当于两滴），并将其转移到填充淡水和糖的新人。使其在每天进入该移液管的细菌继续乘以倍增。每一种500代（大约每75天），每个人口的样本都存储在超冷冰箱中。

每日转移目前由研究生Devin Lake管理，尽管大多数实验室成员在某种程度上参加。湖最近继承了他从长期实验室经理Neerja Hajela的立场 - 她的骑士湖照片有棒球棒挂在实验室长凳上方。

当Longtime Lab Manager Neerja Hajela将火炬传递给Devin Lake时，她在实验室中“叫声”。 （信誉：Richard Lenski）

多代科学家和学生参加了日常转移仪式。 31年来，目标是相同的：弄清楚进化工作的机制。很长时间很明显，有益的性状在人口中粘在一起。但洞察力如何发生这种情况远不太常见。 LTEE已经开始提供那些，它改变了进化生物学的领域。

“[LTEE]通知我们在实验微生物演进中所做的一切。这是基础实验，“哈佛医学院的生物学家Michael Baym说，他研究了细菌演变。 “我不确定我可以告诉你它是如何影响我的思想，因为我不确定在没有这种实验的情况下，我不确定在这个领域。”

今天，世界各地的科学家们与来自LTEE的细菌的群体合作。多个长期进化实验涌现，受到Lenski的作品的启发，他的一些以前的学生已经继续建立了他们自己致力于研究进化的实验室。

跟踪细菌的进步，Lenski协调比赛。这涉及与其祖先的每个人口的最近迭代（从冰箱复活）。与其祖先相比，12个人群再次再现并衡量其随着时间的推移速度，目标是看到每一个较快的速度。

今天，超过70,000代的增长使其成为他们的赢家。所有12条线中最近的一代细菌都积累了数十个有益的突变，让他们比他们的祖先更快地繁殖约70％。祖先集团需要大约一个小时的时间来加倍他们的数字，现在大约需要40分钟。

但是那些成功的突变足以持续越来越罕见。在实验过程中发生了数十亿的变化 - Lenski估计，大肠杆菌460万基对中的每一个DNA字母已经多次突变。很少有帮助的少数 - 并且幸运 - 足以生存是近乎无限可能性的最伟大的粘土。

这并不是说每个人都遵循了相同的遗传赋权途径。 12个小瓶含有细菌，至少在遗传水平上至少看起来彼此不同。虽然大多数百分点在彼此的速度速度彼此之内，但每次获得的策略都是完全不同的。这些变化可能会归结为一个概念科学家称之为历史意外情况 - 这是一串小，有时看似无关紧要，过去的变化就会实现大的差异。

这个想法在LTEE中反复弥补。对细菌的许多最显着的改变可以追溯到看似惰性的突变，以促使它们的基因组造成更大的东西。涉及遗传学时，历史应急额外重量，因为许多特征不是单一幸运突变的产物，而是一连串的互联遗传改变，每个遗传改变都是最后一次。

这是一个适用于我们自己生活的范式。我应该坐火车吗？如果我从来没有读过那本书怎么办？也许我应该跟他说话？每种选择都会产生它自己的替代现实，这是一个太复杂的神圣。只有回顾，我们的路径很明显。

LTEE远离第一个观看进化的实验。对于19世纪而言，研究人员观看了微生物，以试图了解他们适应后的动态。 20世纪40年代的一个实验与LOEE有很大的共同，下降到所用微生物的菌株。 Francis Ryan，哥伦比亚大学研究员背后，在发布任何数据之前死于心脏病发作。

最近，研究人员让果蝇持续了数千代观察它们的发展。但这些实验都没有提供与LOEE相同的洞察力。

了解为什么困难。但是，有一个因素似乎是它的影响：Lenski本人。

“我真的不认为可以理解富豪的实验，坦率地，坦率地区的实验，坦率地区的实际情况，一直在发展这整个领域，”哈佛大学进化生物学家Michael Desai说。 “对我来说真的是值得注意的一个想法，一个实验，一个人可以拥有这种广泛的影响。”

博士生凯尔卡（左）和研究助理Jasper Gomez（右）帮助实验室的研究活动。 （信誉：夏洛特博德克）

并非每一段时间都存在富有成效，所以透镜会在某个时候思考，即将其实验下来，这是不可避免的。有时，实验似乎不仅仅是纯粹的惯性。

“它正在加入Gangbusters，超过10,000代，”Lenski说。 “但是一些事情让我想到了可能结束它。”在那一点上，大约十年进入实验，几年前发生了最令人兴奋的事情。可能会立即删除LTEE。

LENSKI于1998年完全接近戒烟，当时他在法国停下来，并开始使用名为Avida的软件。它基本上是他自己的生物实验的计算机化版本。它让他观看数字生物的发展和乘以远远超出他自己的实验可以实现的速度，并且它并没有涉及LTE的繁琐的日常转移或冷冻储存，更不用说Grant应用程序的永无止境过程。

在突然结束的实验中已经过了10年的实验，他曾经谈过他的妻子和同事。它将成为实验历史中最偶然的决策之一。

2003年，Lenski的学生之一进入了实验室，找到了他认为是一个错误。其中一个烧瓶在一夜之间转动了不透明，突然过度覆盖了细菌。试验表明，没有什么是专为实验的 - 但不知何故，里面的微生物比以前更快地增长。

Lenski和他的学生发现细菌已经进化了吃柠檬酸盐的能力，以帮助他们摄取铁。这种新的能力有惊人的影响。细菌现在可以从达到遥不可及的能量存放能量的商店，使他们的增长飙升。除此之外，其他人群均未获得这种能力，也没有任何权利。

该实验室跟踪LOTEE在实验室中录制的数字的细菌代数数量，从外面的人行道上可见。 （信誉：夏洛特博德克）

Zachary Blount，现在是Lenski的实验室的博士后研究员，寻求找到彼此建立的关键突变，导致细菌的新发现超级大国。

Lenski和他的团队来电来称为这些“增强事件”：可能在当时可能没有导致明显变化的突变，但是这使得未来的未来突变更有可能。这些增强步骤中至少有两种，无数其他较小的事件，细菌稍微更接近戏剧性变化。

“只要我们知道，就没有任何人的人群，”莱特酸盐的细菌说。“ “[但]一点点修补正在进行中，这样当一个事件发生了，然后发生了另一个小的修补，世界突然改变了。”

然后，他们回去并重新启动了存储在冰箱中的旧样本中的人口，以查看是否会出现相同的调整。他们发现，但只有在某个点之后。特定的一系列突变需要首先发生，并且没有保证他们会。

“很难量化它们在这些不同的时间点，他们可以走出这些不同的方式，”Lenski说。但是，随着细菌的增长和变化，几乎不可能的赔率从几乎不可能。

其他细菌的种群可以想象地使得相同的能力接近，但通过错误的突变被抛弃了。一旦通过，十字路口可能永远不会返回 - 一个门的替代宇宙永远关闭。

这对于Lenski来说是一种有趣的问题，尤其是因为它在项目周围的一个元叙事中提示。 “这一切的随机性与某些方面的可预测性之间存在这种美妙的紧张关系，并且这种相互作用只是令人着迷的是，”他说。 “这就是实验所做的，它写入实验本身的DNA ......我会争论它写成我们所有人的经历。”

三十一年，他的实验在一个非常真实的意义上证明了自己存在。

博士后研究人员迈克聪明地与Lenski聊天关于Avida计算进化计划。 （信誉：夏洛特博德克）

在某些时候，Lenski意识到LTE永远不会停止。部分原因是因为它在发现真正有趣的事情之前花了成千上万代。在几个月或几年内，更多的惊喜可能会等待。

但是，继续进行的决定也是基于Lenski最具挑衅性的发现之一，其中需要一个时间跨越无限的时间。

在整个实验中，大肠杆菌在再现时始终如一。虽然它们的增长率随着时间的推移而减缓，但没有一个人口已经停止了改善。根据他的计算，Lenski现在认为他们永远不会。

他说，他开始实验，假设有一天会在停止停止时，他说。 “现在我意识到我完全愚蠢地思考。”

细菌的稳定改善是如此可预测，可以在数学上映射。 Lenski的前学生迈克更聪明地发现，他可以用称为权力法的函数来解释他们增加的乘法速度。

在纸上绘制，电力法曲线看起来像一个双曲线曲线 - 一条曲线逐渐弯曲以在给定的时间内达到天花板。但是，普通天花板称为渐近，不存在权力法;虽然上升趋势随着时间的推移而减慢，但它在永远越来越多的时候。

三十多年来，Lenski的数据表明，在另外30岁或300岁，细菌仍然比以前的一天更快地复制。有益突变的供应看起来取之不尽竭尽。

Lenski急于保护资金，以确保将在几十年来的LTE的生存，特别是他考虑退休。他说他已经挑选了一个继承人来拿走掌舵，他爆炸于世界各地的互补长期演进实验，现在探讨了类似的问题。

在哈佛，Desai正在与由机器人实验室技术人员维护的酵母进行类似的实验，这些技术人员预计将在几十年内超越代代国的超越LTE。这是一个演变，如果你将在Lenski的项目中展示，也许更适合探讨他所揭示的问题。

一代发电，既可以在小玻璃烧瓶内，就会留出LTEE的科目，没有，进展是不可避免的。 Nathaniel Scharping是Discover的关联网编辑器。 这个故事最初出现在印刷品和＃34; 70,000代和数量。＆＃34;