Richard Lenski

Neben seiner Arbeit mit digitalen Organismen unter Avida wurde Lenski durch ein Langzeitexperiment über die Evolution von Escherichia coli bekannt, das er am 15. Februar 1988 begann. Er veröffentlicht regelmäßig auf seiner Website Informationen über den Verlauf des Experiments.

Foto der zwölf Kulturen vom 25. Juni 2008. Das Bild entstand 24 Stunden nachdem die Kulturen nacheinander in frisches, nährstoffarmes Medium (DM25) transferiert wurden. Sie befanden sich in einem stationären Zustand. Der Grad der Trübung der Zellkultur ist ein Maß für die Anzahl an Zellen. In dem Erlenmeyerkolben mit der Beschriftung „A-3“ ist die Trübung am stärksten und folglich die Zellkonzentration am höchsten. Die Ursache hierfür ist, dass diese Zellen Citrat verstoffwechseln können und sich deshalb deutlich stärker vermehren.

Das E. coli-Langzeitexperiment soll dokumentieren, wie natürliche Selektion (engl. survival of the fittest, dt. das Überleben des am besten angepassten Organismus), das Paradigma der Evolutionstheorie von Charles Darwin, im Labor nachvollziehbar und beobachtbar ist.

Der Modellorganismus ist Escherichia coli. Dieses Darmbakterium verwendet Glucose als natürliche Nahrungsquelle; mit Citrat als Kohlenstoffquelle kann der Wildtyp von E. coli in einer sauerstoffhaltigen Umgebung nicht wachsen. Lenski setzt seit 1988 E. coli ohne drastische äußere Einflüsse – wie zum Beispiel harte Strahlung oder mutagene Chemikalien – einem Wachstumsmedium aus, das ein Minimalangebot an Glucose, aber ein Überangebot der nicht-metabolisierbaren Nahrungsquelle Citrat und Sauerstoff enthält.

Alle Schritte werden nach Standardprotokollen ausgeführt. Im ersten Schritt – ausgehend von einer einzigen prokaryotischen E. coli-Zelle, die sich mehrfach teilte – wählte Lenski zwölf Tochterzellen, die als Starter für jedes der zwölf Experimente dienten, die seit 1988 parallel verfolgt werden:

• Jeden Tag werden die E. coli-Kulturen geteilt und mit frischem Medium versehen („propagiert“).
• Alle 75 Tage (etwa 500 Generationen) werden Proben der E. coli-Population genommen und zur Dokumentation eingefroren.
• In diesen Populationen wird die Wachstumsrate (relativ zur Ursprungspopulation) abgeschätzt. Sollte sich E. coli nicht verändern, sollte sich auch die Wachstumsrate nicht verändern. Sollte aber die Wachstumsrate zunehmen, so hätte sich E. coli durch zufällige Mutation(en) der neuen Nahrungsquelle angepasst.

Im Juni 2008 publizierten Lenski und Mitarbeiter,[2][3] dass sich nach 31.500 Generationen in einem der zwölf Parallelexperimente eine E. coli-Population entwickelt hatte, die in der Lage ist, Citrat als Kohlenstoffquelle zu verwenden.

Die genetischen Mutationen, die zu dieser völlig neuen Fähigkeit von E. coli geführt haben, werden derzeit an dem neuen E. coli-Stamm, sowie dessen – über die letzten 20 Jahre eingefrorenen – Vorläufergenerationen untersucht.