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Michael Weber

Fluktuationsexperiment von LURIA und DELBRÜCK

Sowohl Lamarck als auch Darwin gehen in ihren Theorien von einer Anpassung der Individuen an ihre Umwelt aus. Beide gehen in ihren Theorien von einer Veränderung der Umwelt aus.

In Lamarcks Theorie passen sich die Individuen aktiv einer veränderten Umwelt an. 

Darwin hingegen betont, dass bereits zufällig angepasste Individuen in der veränderten Umwelt überleben und sich bevorzugt fortpflanzen. Lebensraum und Nahrung sind begrenzt und somit sorgt die Konkurrenz für eine natürliche Auslese. Dieser Umstand bewirkt, dass die am besten angepassten Individuen überleben und ihre Erbanlagen für die vorteilhaften Eigenschaften an die Folgegeneration bevorzugt weitergeben können.

Da sich Darwin und Lamarck in ihren Grundgedanken unterscheiden, stellt sich die Frage, welche der beiden Theorien richtig ist.

Das Experiment von Delbrück und Luria  (1943) beantwortet diese Frage.

Versuchsbeschreibung:

Eine stark verdünnte Bakterienkultur wird auf zwei Reagenzgläser verteilt, so dass jedes Gefäß in etwa die gleiche Anzahl an Bakterien enthält. Der Inhalt des ersten Glases wird sofort in 50 gleichgroße Portionen in 50 neue Reagenzgläser gefüllt, die zusammen mit dem zweiten Reagenzglas zwecks Vermehrung der Bakterien für 24 Stunden in einen Brutschrank bei 37° Celsius warmgehalten werden.

Danach werden die 50 Portionen auf 50 Gelatineplatten übertragen, die ein Antibiotikum, das Streptomycin, enthalten (Versuch I). 
Bemerkung: Das Antibiotikum Streptomycin tötet in der Regel Bakterien ab.

Der Inhalt des zweiten Reagenzglases wird erst jetzt in 50 Portionen aufgeteilt, indem er auf 50 streptomycinhaltige Platten verteilt wird (Versuch II).

Versuchsbeobachtung

Es ist zu erkennen, dass im Versuch I die Anzahl der überlebenden Bakterienkolonien, die aus dem ersten Reagenzglas stammen, stark  schwankt (fluktuiert). 
Auf den 50 Gelatineplatten des ersten Reagenzglases ist die Anzahl der überlebenden Bakterien großen Schwankungen unterworfen. In manchen Fällen überleben sogar gar keine Bakterien. 
Schwankungsbereich: ca. 0 - 12 Bakterienkolonien.

 

Im Gegensatz dazu ist die Anzahl der Kolonien der aus dem zweiten Reagenzglas (Versuch II) stammenden Bakterien nur sehr geringen Schwankungen unterworfen. 
Die Kolonienanzahl ist auf allen Gelatineplatten annähernd im selben Bereich.
Schwankungsbereich: ca. 0 - 3 Bakterienkolonien

Bemerkung: Die Bakterien sind mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Bei großer Bakterienanzahl sind sie jedoch als Flecken zu erkennen, da sie Kolonien bilden; eine Kolonie stammt jeweils von einer überlebenden, streptomycinresistenten Bakterienzelle ab.

Versuchsauswertung

Das Antibiotikum Streptomycin stellt die Umweltveränderung für die Bakterien dar. Die Anpassungsleistung ist die Resistenz gegen das Antibiotikum.

Da in allen 50 Reagenzgläsern des 1. Versuches die gleichen Bedingungen bestehen, wäre nach Lamarck zu erwarten gewesen, dass sich auf allen 50 Platten in etwa gleich viele resistente Bakterienkolonien bilden, da sich die Bakterien nach Lamarck aktiv an die veränderte Umwelt anpassen müssten. Dies ist jedoch nicht der Fall, womit Lamarcks Theorie widerlegt wird.

Die stark schwankende Anzahl der Bakterienkolonien lässt sich hingegen gut mit Darwins Theorie erklären. Die Resistenz der Bakterien entwickelt sich in zufälliger Weise vor der Veränderung der Umwelt, d. h., bevor die Bakterien mit dem Antibiotikum in Kontakt kamen. Man spricht von Präadaption.
Die Anzahl der resistenten Bakterienkolonien hängt sehr davon ab, wann die Mutation zur Resistenz aufgetreten ist. In einigen Reagenzgläser bildeten sich früher resistente Bakterien als in anderen. Je früher diese Resistenz auftrat, desto größer ist die Anzahl resistenter Kolonien auf den Gelatineplatten mit Streptomycin. Trat die Mutation erst gegen Ende der 24-stündigen Bebrütung auf, so werden nur sehr wenige Bakterien resistent sein, die aus diesem Reagenzglas ausplattiert wurden.

Das Ergebnis des zweiten Versuchs entspricht in etwa der zu erwartenden zufallsmäßigen Gleichverteilung resistenter Bakterien aus dem zweiten Reagenzglas.

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Julian Schäfer, M. W.  Feb. 2003