Langsung ke konten utama

Studi Kuantitatif Batas dan Laju Kecepatan Mutasi Evolusi dalam Seleksi Alam pada Skala Molekuler

loading...
bisnis online

(KeSimpulan) Para peneliti di University of Pennsylvania (Penn) telah mengembangkan sebuah model teoretis yang menginformasikan pemahaman evolusi dan menentukan seberapa cepat suatu organisme akan berevolusi menggunakan katalog "evolutionary speed limits."

Model kuantitatif menyediakan prediksi untuk kecepatan evolusi pada berbagai laskap yang dinamis dan beragam kondisi di mana bakteri, virus, dan bahkan manusia beradaptasi. Sebuah kesimpulan utama dari karya ini bahwa untuk beberapa organisme, mungkin termasuk manusia, kesinambungan evolusi tidak akan diterjemahkan ke dalam peningkatan ketahanan organisme. Selain itu, populasi mutan yang mungkin bertambah dengan laju konstanta (sebuah pola lama sebagai ciri dari "kondisi netral" atau non-Darwinian evolution) bahkan saat Darwin mengamati proses mutasi seleksi.

Sementara banyak yang diketahui tentang aspek-aspek kualitatif teori evolusi bahwa organisme bermutasi dan mutasi ini diseleksi oleh lingkungan serta secara bertahap diserap oleh seluruh populasi. Sangat sedikit yang diketahui tentang bagaimana atau seberapa cepat ini dicapai. Informasi tentang evolusi antar generasi berturut-turut sulit didapat dan kurangnya pemahaman yang memiliki implikasi pada dunia nyata. Pejabat kesehatan masyarakat akan lebih mudah menyiapkan target vaksinasi atau memerangi resistensi obat, jika mereka memahami batas-batas kecepatan evolusi virus dan bakteri seperti influenza dan M. tuberkulosis.

Peneliti dari Penn menyajikan sebuah teori tentang bagaimana kesesuaian suatu populasi akan meningkat dari waktu ke waktu, dengan total 14 jenis laskap yang mendasari atau "batas kecepatan" yang menggambarkan konsekuensi mutasi genetik. Kategori tersebut menentukan kecepatan dan pola evolusi, memprediksi bagaimana ketahanan populasi secara keseluruhan, dan jumlah akumulasi mutasi yang menguntungkan (diperkirakan meningkat seiring waktu). Peneliti membandingkan teori dengan data dari dua studi yaitu dekade E. coli untuk menyelidiki bagaimana bakteri berkembang. Organisme yang sederhana dan kecepatan ukuran dari spesies yang lebih besar.

"Kami bertanya secara kuantitatif, bagaimana ketahanan penduduk akan meningkat dari waktu ke waktu karena bertambahnya mutasi yang menguntungkan," kata Yosua B. Plotkin, peneliti utama dan asisten profesor dari Departemen Biologi di Penn's School of Arts and Sciences (Ref: Sceincedaily). Penelitiannya berfokus pada evolusi untuk skala molekul. "Ini adalah usaha untuk memberikan kerangka teoretis untuk mempelajari evolusi tingkat molekuler. Kami menerapkan teori ini untuk menyimpulkan kesesuaian lanskap yang mendasari bakteri, menggunakan data dari jangka panjang bakteri percobaan," kata Sergey Kryazhimskiy, juga dari Departemen Biologi.

Dalam beberapa lanskap digambarkan secara teoritis, tingkat ketahanan diperkirakan meningkat secara eksponensial untuk selamanya karena pasokan yang tidak habis-habisnya akan mutasi yang menguntungkan. Tapi dalam lanskap yang lebih realistis laju substitusi adaptif (mutasi yang meningkatkan ketahanan organisme) akhirnya kehilangan ketahanan pertumbuhan sub-linear. Dalam beberapa pendangan ini, akhirnya tingkat ketahanan dan organisme berhenti untuk beradaptasi, walaupun mutasi akan terus bertambah. Bakteri E. coli, misalnya, telah diamati meningkatkan laju selular pembagian oleh sekitar 40 persen selama 40.000 generasi. Awalnya, ketahanan bakteri meningkat dengan cepat, tetapi akhirnya ketahanannya mendatar. Data ini memungkinkan tim peneliti menyimpulkan dari mutasi awal, sementara meneliti manfaat yang besar, juga mengurangi efek mutasi berikutnya.

Menurut penelitian mengenai ketahanan populasi dan lintasan substitusi, mutasi diperoleh untuk mencapai ketahanan yang lebih tinggi, tidak bergantung pada distribusi efek ketersediaan ketahanan mutasi tetapi lebih pada probabilitas fiksasi yang diharapkan dan diharapkan peningkatan mutasi ketahanan. Pengamatan matematis ini dapat menyederhanakan perlintasan evolusi yang mungkin menjadi 14 kategori berbeda. Para peneliti menunjukkan bahwa substitusi linier lintasan yang menunjukkan tingkat konstan menimbulkan mutasi, telah lama dianggap sebagai ciri khas evolusi netral, dapat muncul bahkan ketika mutasi yang sangat menguntungkan.

Hasil ini memberikan dasar untuk memahami dinamika adaptasi dan untuk menyimpulkan sifat-sifat ketahanan suatu organisme dari data eksperimen jangka panjang. Menerapkan metode data dari percobaan bakteri memungkinkan para peneliti untuk menandai hubungan evolusi di antara mutasi yang menguntungkan pada genom E. coli. Studi ini dipublikasikan pada edisi terbaru jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences yang dilakukan oleh Plotkin dan Kryazhimskiy bersama dengan Gašper Tkacik dari Department of Physics and Astronomy, Penn. Studi ini didanai oleh Burroughs Wellcome Fund, David dan Lucille Packard Foundation, James S. McDonnell Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, Defense Advanced Research Projects Agency grant dan the National Science Foundation.

Laporan Penelitian
Ikuti sains dan teknologi terkini di: Laporan Penelitian. Update via: Google+ Twitter Facebook Pinterest YouTube
Kesimpulan.com menerima konten tentang teknologi, sains, lingkungan dan bisnis dari siapa saja. Kami siap untuk publikasi dan press release. Informasi lanjut kunjungi laman ini.