วิวัฒนาการเชิงทดลองคือการใช้การทดลองในห้องปฏิบัติการหรือการจัดการภาคสนามที่ควบคุมเพื่อสำรวจพลวัตของวิวัฒนาการ^{[ 1 ]}วิวัฒนาการสามารถสังเกตได้ในห้องปฏิบัติการเมื่อประชากรปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมใหม่โดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ

การปรับตัวสามารถเกิดขึ้นได้ในวิวัฒนาการเชิงทดลองในสองวิธีที่แตกต่างกัน วิธีหนึ่งคือผ่านสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวที่ได้รับการกลายพันธุ์ที่เป็นประโยชน์แบบใหม่[ 2 ^{]อีกวิธี} หนึ่งคือจาก การเปลี่ยนแปลงความถี่ของ อัลลีลในความแปรผันทางพันธุกรรมที่มีอยู่แล้วในประชากรของสิ่งมีชีวิต^{[ 2 ]}แรงผลักดันเชิงวิวัฒนาการอื่นๆ นอกเหนือจากการกลายพันธุ์และการคัดเลือกโดยธรรมชาติก็สามารถมีบทบาทหรือถูกรวมเข้าไว้ในการศึกษาเชิงวิวัฒนาการเชิงทดลองได้เช่นกัน เช่นการลอยตัวทางพันธุกรรมและการไหลของยีน^{[ 3 ]}

สิ่งมีชีวิตที่ใช้จะถูกกำหนดโดยผู้ทำการทดลอง โดยพิจารณาจากสมมติฐานที่จะทดสอบการกลายพันธุ์แบบปรับตัวต้องใช้ เวลาหลาย ชั่วอายุคน และวิวัฒนาการเชิงทดลองผ่านการกลายพันธุ์จะดำเนินการใน ไวรัสหรือ สิ่งมีชีวิต เซลล์เดียวที่มีช่วงเวลาการสืบพันธุ์ที่รวดเร็ว เช่นแบคทีเรียและยีสต์ ที่ขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ ^{[ 1 ] [ 4 ] [ 5 ]} ประชากร ที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมของยีสต์ที่ขยายพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศหรือแบบอาศัยเพศ[ 2 ^{]และยู}คาริโอตหลายเซลล์ เช่นแมลงหวี่ สามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมใหม่ได้โดย การเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลในความแปรผันทางพันธุกรรมที่มีอยู่^{[ 3 ]} สิ่งมีชีวิตที่มีช่วงเวลาการสืบพันธุ์ที่ยาวนานกว่า แม้จะมีค่าใช้จ่ายสูง ก็สามารถนำมาใช้ในวิวัฒนาการเชิงทดลองได้ การศึกษาในห้องปฏิบัติการกับสุนัขจิ้งจอก^{[ 6 ]}และกับสัตว์ฟันแทะ (ดูด้านล่าง) แสดงให้เห็นว่าการปรับตัวที่โดดเด่นสามารถเกิดขึ้นได้ภายในเวลาเพียง 10-20 ชั่วอายุคน และการทดลองกับปลาหางนกยูง ป่า ได้สังเกตเห็นการปรับตัวภายในจำนวนชั่วอายุคนที่ใกล้เคียงกัน^{[ 7 ]}

เมื่อไม่นานมานี้ บุคคลหรือประชากรที่วิวัฒนาการจากการทดลองมักจะได้รับการวิเคราะห์โดยใช้การจัดลำดับจีโนมทั้งหมด^{[ 8 ] [ 9 ]}ซึ่งเป็นแนวทางที่เรียกว่า Evolve and Resequence (E&R) ^{[ 10 ]} E&R สามารถระบุการกลายพันธุ์ที่นำไปสู่การปรับตัวในบุคคลโคลน หรือระบุอัลลีลที่เปลี่ยนความถี่ในประชากรที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรม โดยการเปรียบเทียบลำดับของบุคคล/ประชากรก่อนและหลังการปรับตัว^{[ 2 ]} ข้อมูลลำดับทำให้สามารถระบุตำแหน่งใน ลำดับ DNAที่เกิดการกลายพันธุ์/การเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลเพื่อนำไปสู่การปรับตัวได้^{[ 10 ] [ 9 ] [ 2 ]} ลักษณะของการปรับตัวและการศึกษาติดตามผลเชิงฟังก์ชันสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับผลกระทบของการกลายพันธุ์/อัลลีลที่มีต่อฟีโนไทป์ได้

โดยไม่รู้ตัว มนุษย์ได้ทำการทดลองวิวัฒนาการมานานแล้วตั้งแต่เริ่มเลี้ยงพืชและสัตว์การคัดเลือกพันธุ์พืชและสัตว์ทำให้เกิดสายพันธุ์ที่แตกต่างอย่างมากจากบรรพบุรุษดั้งเดิม ตัวอย่างเช่นกะหล่ำปลี หลากหลาย สายพันธุ์ข้าวโพด หรือ สุนัขหลายสายพันธุ์ พลังของการผสมพันธุ์ของมนุษย์ในการสร้างสายพันธุ์ที่มีความแตกต่างอย่างมากจากสายพันธุ์เดียวได้รับการยอมรับจากชาร์ลส์ ดาร์วินแล้ว อันที่จริง เขาเริ่มต้นหนังสือต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต (The Origin of Species ) ด้วยบทหนึ่งเกี่ยวกับความหลากหลายของสัตว์เลี้ยง ในบทนี้ ดาร์วินได้กล่าวถึงนกพิราบเป็นพิเศษ

โดยรวมแล้ว อาจเลือกนกพิราบได้อย่างน้อย 20 ตัว ซึ่งหากนำไปให้ผู้เชี่ยวชาญด้านนกดู และบอกเขาว่าพวกมันเป็นนกป่า ผมคิดว่าเขาคงจัดลำดับพวกมันเป็นสายพันธุ์ที่ชัดเจนได้ ยิ่งไปกว่านั้น ผมไม่เชื่อว่าผู้เชี่ยวชาญด้านนกคนใดจะจัดนกพิราบอังกฤษ นกพิราบหน้าสั้น นกพิราบแคระ นกพิราบบาร์บ นกพิราบพาวเตอร์ และนกพิราบหางพัด ไว้ในสกุลเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแต่ละสายพันธุ์เหล่านี้ มีสายพันธุ์ย่อยหรือสายพันธุ์ย่อยที่สืบทอดทางพันธุกรรมอย่างแท้จริงหลายสายพันธุ์ ซึ่งสามารถแสดงให้เขาเห็นได้ (...) ผมเชื่อมั่นอย่างเต็มที่ว่าความคิดเห็นทั่วไปของนักธรรมชาติวิทยาถูกต้อง กล่าวคือ นกพิราบทั้งหมดสืบเชื้อสายมาจากนกพิราบหิน ( Columba livia ) รวมถึงภายใต้คำนี้ สายพันธุ์ทางภูมิศาสตร์หรือสายพันธุ์ย่อยหลายสายพันธุ์ ซึ่งแตกต่างกันในรายละเอียดเล็กน้อยที่สุด

วิลเลียม ดัลลิง เกอร์ เป็นหนึ่งในบุคคลแรกๆ ที่ทำการทดลองวิวัฒนาการแบบควบคุมในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เขาเพาะเลี้ยงสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ขนาดเล็ก ในตู้อบที่สร้างขึ้นเองเป็นเวลากว่าเจ็ดปี (1880–1886) ดัลลิงเกอร์ค่อยๆ เพิ่มอุณหภูมิของตู้อบจาก 60 องศาฟาเรนไฮต์ (2423-2439) ไปจนถึง 158 องศาฟาเรนไฮต์ (2423-2439) สิ่งมีชีวิตที่เพาะเลี้ยงในระยะแรกแสดงอาการผิดปกติอย่างชัดเจนที่อุณหภูมิ 73 องศาฟาเรนไฮต์ (2423-2439) และไม่สามารถอยู่รอดได้ที่ 158 องศาฟาเรนไฮต์ (2423-2439) แต่สิ่งมีชีวิตที่ดัลลิงเกอร์มีอยู่ในตู้อบเมื่อสิ้นสุดการทดลองนั้นกลับเจริญเติบโตได้ดีที่ 158 องศาฟาเรนไฮต์ (2423-2439) อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ไม่สามารถเจริญเติบโตได้อีกต่อไปที่อุณหภูมิ 60 องศาฟาเรนไฮต์ (2423-2439) ดัลลิงเกอร์สรุปว่าเขาพบหลักฐานของการปรับตัวตามทฤษฎีของดาร์วินในตู้อบของเขา และสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นได้ปรับตัวให้สามารถดำรงชีวิตได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ตู้ฟักไข่ของดัลลิงเกอร์ถูกทำลายโดยอุบัติเหตุในปี พ.ศ. 2429 และดัลลิงเกอร์ไม่สามารถทำการวิจัยในสายนี้ต่อไปได้^{[ 11 ] [ 12 ]}

ตั้งแต่ช่วงปี 1880 ถึง 1980 นักชีววิทยาวิวัฒนาการหลายคนได้ดำเนินการวิวัฒนาการเชิงทดลองเป็นระยะๆ รวมถึงTheodosius Dobzhansky ผู้มีอิทธิพลอย่างมาก เช่นเดียวกับการวิจัยเชิงทดลองอื่นๆ ในชีววิทยาวิวัฒนาการในช่วงเวลานี้ งานส่วนใหญ่ขาดการทำซ้ำอย่างกว้างขวางและดำเนินการเพียงช่วงเวลาวิวัฒนาการที่ค่อนข้างสั้น^{[ 13 ]}

วิวัฒนาการเชิงทดลองถูกนำมาใช้ในรูปแบบต่างๆ เพื่อทำความเข้าใจกระบวนการวิวัฒนาการพื้นฐานในระบบที่มีการควบคุม วิวัฒนาการเชิงทดลองได้ดำเนินการกับยูคาริโอตแบบหลายเซลล์^{[ 14 ]}และแบบเซลล์เดียว^{[ 15 ]}โปรคาริโอต^{[ 16 ]}และไวรัส^{[ 17 ]}งานที่คล้ายกันนี้ยังได้ดำเนินการโดยวิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทางของเอนไซม์ แต่ละตัว [ ^{18 ] [ 19 ]}ไรโบไซ^{ม์[ 20 ]}และยีน จำลอง^{[ 21 ] [ 22 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1950 นักชีววิทยาชาวโซเวียต Georgy Shaposhnikov ได้ทำการทดลองกับเพลี้ยใน สกุล Dysaphisโดยการย้ายเพลี้ยเหล่านั้นไปยังพืชที่ปกติแล้วแทบจะไม่เหมาะสมหรือไม่เหมาะสมสำหรับเพลี้ยเหล่านั้นเลย เขาได้บังคับให้ประชากรของลูกหลานที่สืพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศปรับตัวเข้ากับแหล่งอาหารใหม่จนถึงจุดที่เกิดการแยกตัวทางการสืบพันธุ์จากประชากรปกติของสายพันธุ์เดียวกัน^{[ 23 ]}

หนึ่งในการทดลองคลื่นลูกใหม่แรกๆ ที่ใช้กลยุทธ์นี้คือ "การแผ่รังสีวิวัฒนาการ" ในห้องปฏิบัติการของประชากรDrosophila melanogaster ที่ Michael R. Rose เริ่มต้นในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2523 ^{[ 24 ]}ระบบนี้เริ่มต้นด้วยประชากร 10 กลุ่ม โดย 5 กลุ่มได้รับการเพาะเลี้ยงในช่วงอายุที่มากขึ้น และอีก 5 กลุ่มได้รับการเพาะเลี้ยงในช่วงอายุที่น้อยลง นับตั้งแต่นั้นมา มีการสร้างประชากรที่แตกต่างกันมากกว่า 200 กลุ่มในการแผ่รังสีในห้องปฏิบัติการนี้ โดยมีการคัดเลือกโดยมุ่งเป้าไปที่ลักษณะหลายประการ ประชากรที่มีความแตกต่างกันสูงเหล่านี้บางส่วนยังได้รับการคัดเลือก "ย้อนกลับ" หรือ "ในทิศทางตรงกันข้าม" โดยการนำประชากรทดลองกลับไปสู่ระบอบการเพาะเลี้ยงดั้งเดิมของพวกมัน ผู้คนหลายร้อยคนได้ทำงานกับประชากรเหล่านี้มาเป็นเวลากว่าสามทศวรรษ งานส่วนใหญ่ได้รับการสรุปไว้ในเอกสารที่รวบรวมไว้ในหนังสือMethuselah Flies ^{[ 25 ]}

การทดลองในช่วงแรกในแมลงวันจำกัดอยู่เพียงการศึกษาลักษณะทางฟีโนไทป์ แต่กลไกทางโมเลกุล เช่น การเปลี่ยนแปลงในดีเอ็นเอที่อำนวยความสะดวกให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ยังไม่สามารถระบุได้ สิ่งนี้เปลี่ยนไปเมื่อเทคโนโลยีจีโนมิกส์เข้ามา^{[ 26 ]}ต่อมา โทมัส เทอร์เนอร์ ได้บัญญัติศัพท์ว่า Evolve and Resequence (E&R) ^{[ 10 ]}และการศึกษาหลายชิ้นได้ใช้แนวทาง E&R โดยมีผลลัพธ์ที่แตกต่างกันไป^{[ 27 ] [ 28 ]}หนึ่งในการศึกษาเชิงวิวัฒนาการที่น่าสนใจที่สุดดำเนินการโดยกลุ่มของกาเบรียล ฮัดดาด ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ซึ่งฮัดดาดและเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาแมลงวันให้ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำ หรือที่เรียกว่าภาวะไฮโปเซีย^{[ 29 ]}หลังจาก 200 รุ่น พวกเขาใช้แนวทาง E&R เพื่อระบุบริเวณจีโนมที่ถูกคัดเลือกโดยการคัดเลือกตามธรรมชาติในแมลงวันที่ปรับตัวเข้ากับภาวะไฮโปเซีย^{[ 30 ]}การทดลองล่าสุดกำลังติดตามผลการทำนายของ E&R ด้วย RNAseq ^{[ 31 ]}และการผสมข้ามพันธุ์ทางพันธุกรรม^{[ 9 ]}ความพยายามดังกล่าวในการรวม E&R เข้ากับการตรวจสอบเชิงทดลองน่าจะมีประสิทธิภาพในการระบุยีนที่ควบคุมการปรับตัวในแมลงวัน

เมื่อไม่นานมานี้ วิวัฒนาการเชิงทดลองในแมลงวันได้ดำเนินไปเพื่อศึกษาถึงกลไกระดับโมเลกุล^{[ 32 ] [ 33 ]}และด้วยเหตุนี้จึงอาจปูทางไปสู่การทำความเข้าใจสรีรวิทยาของสิ่งมีชีวิตได้ดียิ่งขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงสามารถกำหนดนิยามใหม่ของการรักษาโรคได้^{[ 34 ]}

จุลินทรีย์หลายชนิดมีช่วงเวลาการสร้างรุ่น สั้น ^มีจีโนมที่จัดลำดับได้ง่าย และมีชีววิทยาที่เข้าใจได้ดี ดังนั้นจึงมักใช้ในการศึกษาการวิวัฒนาการเชิงทดลอง สายพันธุ์แบคทีเรียที่ใช้กันทั่วไปในการวิวัฒนาการเชิงทดลอง ได้แก่P. fluorescens [ ^{35 ]} Pseudomonas aeruginosa [ ^{36 ] Enterococcus} faecalis ^{[ 37 ]}และE. coli (ดูด้านล่าง) ในขณะที่ยีสต์S. cerevisiaeถูกใช้เป็นแบบจำลองสำหรับการศึกษาการวิวัฒนาการของยูคาริโอต^{[ 38 ]}

หนึ่งในตัวอย่างที่เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายที่สุดของการวิวัฒนาการของแบคทีเรียในห้องปฏิบัติการคือการทดลองE.coliระยะยาวของRichard Lenskiเมื่อวันที่ 24 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2531 Lenski เริ่มเพาะเลี้ยงE.coli จำนวน 12 สายพันธุ์ ภายใต้สภาวะการเจริญเติบโตที่เหมือนกัน^{[ 39 ] [ 40 ]}เมื่อประชากรกลุ่มหนึ่งพัฒนาความสามารถในการเผาผลาญซิเตรตแบบใช้ออกซิเจนจากอาหารเลี้ยงเชื้อและแสดงการเจริญเติบโตที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก^{[ 41 ]}นี่เป็นการสังเกตที่น่าทึ่งของการวิวัฒนาการที่เกิดขึ้นจริง การทดลองยังคงดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้ และปัจจุบันเป็นการทดลองวิวัฒนาการแบบควบคุมที่ดำเนินมายาวนานที่สุด (ในแง่ของจำนวนรุ่น) เท่าที่เคยมีมา นับตั้งแต่เริ่มการทดลอง แบคทีเรียได้เจริญเติบโตมาแล้วมากกว่า 60,000 รุ่น Lenski และเพื่อนร่วมงานได้เผยแพร่ข้อมูลอัปเดตเกี่ยวกับสถานะของการทดลองเป็นประจำ^{[ 42 ]}

Bussotti และคณะได้แยกอะมาสติโกตจากLeishmania donovaniและเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองเป็นเวลา 3800 รุ่น (36 สัปดาห์) การเพาะเลี้ยงปรสิตเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพวกมันปรับตัวเข้ากับสภาวะในหลอดทดลองได้อย่างไร โดยชดเชยการสูญเสียไคเนสที่เกี่ยวข้องกับ NIMAซึ่งมีความสำคัญต่อการดำเนินไปอย่างถูกต้องของไมโทซิส โดยการเพิ่มการแสดงออกของไคเนสออร์โธล็อกัสอื่นเมื่อจำนวนรุ่นของการเพาะเลี้ยงเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่าL. donovaniปรับตัวเข้ากับการเพาะเลี้ยงในหลอดทดลองโดยการลดการแสดงออกของทรานสคริปต์ 23 ตัวที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแฟลเจลลาและเพิ่มการแสดงออกของคลัสเตอร์โปรตีนไรโบโซมและ RNA ที่ไม่เข้ารหัส เช่นRNA ขนาดเล็กในนิวคลีโอลัสแฟลเจลลาถือว่ามีความจำเป็นน้อยลงสำหรับปรสิตในการเพาะเลี้ยงในหลอดทดลอง ดังนั้นความก้าวหน้าของรุ่นจึงนำไปสู่การกำจัดแฟลเจลลา ทำให้ประหยัดพลังงานเนื่องจากการเคลื่อนที่ลดลง ส่งผลให้อัตราการแพร่พันธุ์และการเจริญเติบโตในวัฒนธรรมสูงขึ้น snoRNA ที่ถูกขยายยังนำไปสู่การสังเคราะห์ไรโบโซมที่เพิ่มขึ้น การสังเคราะห์โปรตีนที่เพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงทำให้อัตราการเจริญเติบโตของวัฒนธรรมเพิ่มขึ้น การปรับตัวเหล่านี้ที่สังเกตได้ตลอดหลายชั่วอายุคนของปรสิตนั้นถูกควบคุมโดยการเปลี่ยนแปลงจำนวนสำเนา (CNV)และปฏิสัมพันธ์แบบเอพิสแตติกส์ระหว่างยีนที่ได้รับผลกระทบ และช่วยให้เราสามารถอธิบายความไม่เสถียรของจีโนมของLeishmania ผ่านการควบคุมการแสดงออกของยีนหลังการถอดรหัส^{[ 43 ]}

ในปี พ.ศ. 2536 Theodore Garland, Jr.และเพื่อนร่วมงานได้เริ่มการทดลองระยะยาวที่เกี่ยวข้องกับการคัดเลือกพันธุ์หนูเพื่อให้มีระดับกิจกรรมโดยสมัครใจสูงบนล้อวิ่ง^{[ 44 ]}การทดลองนี้ยังคงดำเนินต่อไปจนถึงปัจจุบัน (> 105 รุ่น ) หนูจากสายพันธุ์ "High Runner" ที่ทำซ้ำสี่สายพันธุ์ได้รับการพัฒนาให้วิ่งบนล้อวิ่งได้เกือบสามเท่าของจำนวนรอบต่อวันเมื่อเทียบกับหนูสายพันธุ์ควบคุมที่ไม่ได้รับการคัดเลือกสี่สายพันธุ์ โดยส่วนใหญ่เกิดจากการวิ่งเร็วกว่าหนูสายพันธุ์ควบคุมมากกว่าการวิ่งเป็นเวลานานขึ้นต่อวัน อย่างไรก็ตาม สายพันธุ์ High Runner ได้พัฒนาไปในรูปแบบที่แตกต่างกันบ้าง โดยบางสายพันธุ์เน้นความเร็วในการวิ่งมากกว่าระยะเวลา หรือในทางกลับกัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึง "วิธีการแก้ปัญหาหลายวิธี" ^{[ 45 ]} ที่ดูเหมือนจะขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของกล้ามเนื้อที่พัฒนาแล้วบางส่วน^{[ 46 ]}

หนู HR มีความสามารถในการวิ่งระยะไกลที่สูงขึ้น ^{[ 47 ]} และความสามารถในการใช้ออกซิเจนสูงสุด^{[ 48 ]}เมื่อทดสอบบนลู่วิ่งไฟฟ้า นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในแรงจูงใจและระบบการให้รางวัลของสมอง การศึกษา ทางเภสัชวิทยาชี้ให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงใน การทำงาน ของโดปามีนและระบบเอนโดแคนนาบิน อย ด์^{[ 49 ]}สายพันธุ์ High Runner ได้รับการเสนอให้เป็นแบบจำลองเพื่อศึกษาโรคสมาธิสั้นในมนุษย์ ( ADHD ) และการให้ยาRitalinช่วยลดการวิ่งบนล้อของพวกมันลงจนเกือบถึงระดับของหนูควบคุม^{[ 50 ]}

ในปี พ.ศ. 2548 Paweł Koteja ร่วมกับ Edyta Sadowska และเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัย Jagiellonian (โปแลนด์) ได้เริ่มการคัดเลือกแบบหลายทิศทางกับหนูที่ไม่ใช่สัตว์ทดลอง คือ หนูแบงค์โวลMyodes (= Clethrionomys) glareolus [ ^{51 ] หนู}โวลเหล่านี้ถูกคัดเลือกจากลักษณะเด่น 3 ประการ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการแบบปรับตัวของสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบก ได้แก่ อัตราการเผาผลาญแบบแอโรบิกสูงสุดที่สูง ความสามารถในการล่าเหยื่อ และความสามารถในการกินพืช สายพันธุ์แอโรบิกถูกคัดเลือกจากอัตราการบริโภคออกซิเจนสูงสุดที่เกิดขึ้นระหว่างการว่ายน้ำที่อุณหภูมิ 38°C สายพันธุ์นักล่า – เพื่อการจับจิ้งหรีด ที่มีชีวิตในช่วงเวลาสั้นๆ สายพันธุ์ กินพืช – เพื่อความสามารถในการรักษามวลร่างกายเมื่อได้รับอาหารคุณภาพต่ำที่ "เจือจาง" ด้วยหญ้าแห้งบดละเอียด มีการรักษาสายพันธุ์ตัวอย่าง 4 สายพันธุ์สำหรับแต่ละทิศทางการคัดเลือกทั้งสามทิศทาง และอีก 4 สายพันธุ์เป็นกลุ่มควบคุมที่ไม่ได้รับการคัดเลือก

หลังจากการผสมพันธุ์แบบคัดเลือกประมาณ 20 รุ่น หนูโวลจากสายพันธุ์แอโรบิกมีอัตราการเผาผลาญที่เกิดจากการว่ายน้ำสูงกว่าหนูโวลจากสายพันธุ์ควบคุมที่ไม่ได้รับการคัดเลือกถึง 60% แม้ว่าโปรโตคอลการคัดเลือกจะไม่ก่อให้เกิดภาระในการควบคุมอุณหภูมิ แต่อัตราการเผาผลาญพื้นฐานและ ความสามารถ ในการสร้างความร้อนก็เพิ่มขึ้นในสายพันธุ์แอโรบิก^{[ 52 ] [ 53 ]}ดังนั้น ผลลัพธ์จึงให้การสนับสนุนบางส่วนสำหรับ "แบบจำลองความสามารถในการใช้ออกซิเจน" สำหรับวิวัฒนาการของเอนโดเทอร์มีในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

หนูล่าเหยื่อมากกว่า 85% จับจิ้งหรีดได้ เมื่อเทียบกับหนูควบคุมที่ไม่ได้รับการคัดเลือกเพียงประมาณ 15% และพวกมันจับจิ้งหรีดได้เร็วกว่า พฤติกรรมการล่าเหยื่อที่เพิ่มขึ้นนั้นเกี่ยวข้องกับรูปแบบการรับมือ เชิงรุกมากขึ้น (" บุคลิกภาพ ") ^{[ 54 ]}

ในระหว่างการทดสอบด้วยอาหารคุณภาพต่ำ หนูที่กินพืชเป็นอาหารจะสูญเสียมวลน้อยกว่าหนูควบคุมประมาณ 2 กรัม (ประมาณ 10% ของมวลร่างกายเดิม) หนูที่กินพืชเป็นอาหารมีองค์ประกอบของจุลินทรีย์แบคทีเรียในลำไส้ใหญ่ที่เปลี่ยนแปลงไป^{[ 55} ]ดังนั้นการ^{คัดเลือก}จึง^ส่งผลให้เกิดวิวัฒนาการของโฮโลไบโอมทั้งหมด และการทดลองนี้อาจเป็นแบบจำลองในห้องปฏิบัติการของวิวัฒนาการโฮโลจีโนม

ชีววิทยาเชิงสังเคราะห์นำเสนอโอกาสพิเศษสำหรับการวิวัฒนาการเชิงทดลอง ช่วยให้การตีความการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการง่ายขึ้น โดยการแทรกโมดูลทางพันธุกรรมเข้าไปในจีโนมของโฮสต์และใช้การคัดเลือกที่กำหนดเป้าหมายเฉพาะโมดูลดังกล่าววงจรชีวภาพสังเคราะห์ที่แทรกเข้าไปในจีโนมของEscherichia coli ^{[ 56 ]}หรือยีสต์Saccharomyces cerevisiae ^{[ 57 ]}จะเสื่อมสภาพ (สูญเสียการทำงาน) ในระหว่างการวิวัฒนาการในห้องปฏิบัติการ ด้วยการคัดเลือกที่เหมาะสม กลไกที่อยู่เบื้องหลังการฟื้นคืนการทำงานทางชีวภาพที่สูญเสียไปในเชิงวิวัฒนาการสามารถศึกษาได้^{[ 58 ]}การวิวัฒนาการเชิงทดลองของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีวงจรยีนสังเคราะห์^{[ 59 ]}เผยให้เห็นบทบาทของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของเซลล์ในการวิวัฒนาการของความต้านทานยา ซึ่งมีนัยสำคัญต่อ ความต้านทาน ต่อเคมีบำบัดของเซลล์มะเร็ง

ในการวิวัฒนาการเชิงทดลอง ประชากรควบคุมมีความสำคัญอย่างยิ่งในการแยกแยะการตอบสนองเชิงวิวัฒนาการที่เฉพาะเจาะจงต่อการรักษาออกจากการกระจายตัวของผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ในพื้นหลัง แตกต่างจากการทดลองทางชีววิทยาแบบดั้งเดิม—ซึ่งมักใช้กลุ่มควบคุมที่ไม่ได้รับการรักษาเพียงกลุ่มเดียวเพื่อทดสอบสมมติฐานว่างที่เฉพาะเจาะจง—วิถีวิวัฒนาการเป็นแบบสุ่มโดยเนื้อแท้ และสายพันธุ์ควบคุมที่ทำซ้ำมักจะแยกออกจากกัน ส่งผลให้โดยทั่วไปแล้วจำเป็นต้องมีประชากรควบคุมอิสระหลายกลุ่มเพื่อกำหนดลักษณะของผลลัพธ์โดยรวมที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีแรงกดดันในการคัดเลือกที่เฉพาะเจาะจง^{[ 60 ]}ความแตกต่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านต่างๆ เช่น วิวัฒนาการของความต้านทานยาต้านจุลชีพและยาต้านมะเร็ง ซึ่งการเปรียบเทียบประชากรที่ได้รับการรักษากับการกระจายตัวที่กว้างขวางของผลลัพธ์เชิงวิวัฒนาการที่ไม่ได้รับการรักษาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการตีความการตอบสนองแบบปรับตัว (ดูเพิ่มเติมที่ความต้านทานยา )

การศึกษาขนาดใหญ่แสดงให้เห็นถึงความแปรผันที่สำคัญในประชากรที่ทำซ้ำ แม้จะอยู่ภายใต้เงื่อนไขที่เหมือนกันก็ตาม ตัวอย่างเช่น การทดลองวิวัฒนาการของยีสต์แสดงให้เห็นว่า ในขณะที่ประชากรอาจมีรูปแบบการปรับตัวที่กว้างขวางร่วมกัน การกลายพันธุ์และเส้นทางเฉพาะที่เกี่ยวข้องมักจะแตกต่างกันอย่างเฉพาะเจาะจงในแต่ละตัวอย่างที่ทำซ้ำ^{[ 61 ]}ซึ่งมักจะมีผลทางวิวัฒนาการรองที่แตกต่างกัน^{[ 62 ]}ในทำนองเดียวกัน การทดลองวิวัฒนาการของจุลินทรีย์ในระยะยาวได้เปิดเผยว่า สายพันธุ์ที่ทำซ้ำมักจะดำเนินไปตามเส้นทางฟีโนไทป์คู่ขนาน ในขณะที่แตกต่างกันในการกลายพันธุ์พื้นฐานที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้น^{[ 63 ]}

เนื่องจากกลุ่มควบคุมที่ทำซ้ำกันอาจมีความแตกต่างกันอย่างมาก บทบาทของกลุ่มควบคุมจึงไม่ใช่การให้ผลลัพธ์พื้นฐานที่คาดหวังเพียงอย่างเดียว แต่เป็นการกำหนดการกระจายของเส้นทางการวิวัฒนาการที่เป็นไปได้ภายใต้สภาวะที่เป็นกลางหรือสภาวะพื้นหลัง ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถพิจารณาได้ว่าผลลัพธ์ของการกลายพันธุ์ ลักษณะทางฟีโนไทป์ หรือความเหมาะสมที่สังเกตได้ในกลุ่มทดลองนั้น สามารถแยกแยะได้ทางสถิติจากความแปรปรวนตามธรรมชาติของกระบวนการวิวัฒนาการหรือไม่

ปลา หนามมีทั้งสายพันธุ์ที่อาศัยอยู่ในทะเลและน้ำจืด โดยสายพันธุ์ที่อาศัยอยู่ในน้ำจืดได้วิวัฒนาการมาตั้งแต่ยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้าย สายพันธุ์ที่อาศัยอยู่ในน้ำจืดสามารถอยู่รอดได้ในอุณหภูมิที่เย็นกว่า นักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบเพื่อดูว่าพวกเขาสามารถจำลองวิวัฒนาการของการทนต่อความเย็นนี้ได้หรือไม่ โดยการเลี้ยงปลาหนามที่อาศัยอยู่ในทะเลในน้ำจืดที่เย็น ปลาหนามที่อาศัยอยู่ในทะเลใช้เวลาเพียงสามรุ่นในการวิวัฒนาการให้ทนต่อความเย็นได้ดีขึ้น 2.5 องศาเซลเซียส เทียบเท่ากับปลาหนามที่อาศัยอยู่ในน้ำจืดตามธรรมชาติ^{[ 64 ]}

เซลล์จุลินทรีย์^{[ 65 ]}และเมื่อเร็ว ๆ นี้เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 66 ]}ได้รับการวิวัฒนาการภายใต้สภาวะที่จำกัดสารอาหารเพื่อศึกษาการตอบสนองทางเมตาบอลิซึมและวิศวกรรมเซลล์เพื่อคุณลักษณะที่เป็นประโยชน์

เนื่องจากจุลินทรีย์มีวงจรชีวิตที่รวดเร็ว จึงเป็นโอกาสที่ดีในการศึกษาวิวัฒนาการระดับจุลภาคในห้องเรียน แบบฝึกหัดจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับแบคทีเรียและยีสต์สอนแนวคิดต่างๆ ตั้งแต่วิวัฒนาการของความต้านทาน^{[ 67 ]}ไปจนถึงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์^{[ 68 ]}ด้วยการมาถึงของเทคโนโลยีการจัดลำดับรุ่นใหม่ ทำให้เป็นไปได้สำหรับนักเรียนที่จะทำการทดลองวิวัฒนาการ จัดลำดับจีโนมที่วิวัฒนาการแล้ว และวิเคราะห์และตีความผลลัพธ์^{[ 69 ]}

วิวัฒนาการสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ ซึ่งไม่จำเป็นต้องมีการกำหนดทิศทาง ยังถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาฟีโนไทป์ใหม่ในสิ่งมีชีวิตที่ใช้สำหรับการผลิตทางชีวภาพการกลายพันธุ์ตามธรรมชาติสามารถเสริมด้วยวิธีการที่สร้างความหลากหลายของฟีโนไทป์โดยตรง ในกรณีของยีสต์ การสร้างฟีโนไทป์ใหม่สามารถเร่งได้โดยการจัดการในระดับการถอดรหัส: โดยการแนะนำปัจจัยการถอดรหัสเทียมแบบสุ่ม การเปลี่ยนแปลงกลไกการถอดรหัสโดยรวม การแทรกแซงและการกระตุ้น CRISPR นอกจากนี้ ในกรณีของยีสต์ ยังสามารถใช้ทรานสโพซอน ลำดับ loxP และคู่พลาสมิด DNAP-DNA ที่ตั้งฉากกันซึ่งมีข้อผิดพลาดสูง เพื่อเร่งการสร้างการกลายพันธุ์^{[ 70 ]}

• เว็บไซต์โครงการวิวัฒนาการเชิงทดลองระยะยาวของ E. coli ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 27 กรกฎาคม 2017 ที่Wayback Machineห้องปฏิบัติการ Lenski มหาวิทยาลัยมิชิแกนสเตท
• ภาพยนตร์ที่แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างอย่างมากในพฤติกรรมการวิ่งของล้อ
• ผลงานตีพิมพ์ด้านวิวัฒนาการเชิงทดลองของเท็ด การ์แลนด์: การคัดเลือกโดยธรรมชาติเพื่อพฤติกรรมการวิ่งบนล้อหมุนโดยสมัครใจในหนูบ้าน — รายชื่อผลงานตีพิมพ์โดยละเอียด
• วิวัฒนาการเชิงทดลอง — รายชื่อห้องปฏิบัติการที่ศึกษาด้านวิวัฒนาการเชิงทดลอง
• เครือข่ายเพื่อการวิจัยเชิงทดลอง ด้านวิวัฒนาการมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
• นิโคลส์, เฮนรี (30 กันยายน 2009). "ม้าลายตัวน้อยของฉัน: ความลับของการทำให้เชื่อง"นิวไซเอนทิสต์ .
• แผนการสอนระดับมัธยมต้นแบบสืบเสาะหาความรู้ด้วยตนเอง : "เกิดมาเพื่อวิ่ง: การทดลองคัดเลือกโดยธรรมชาติ"
• ซอฟต์แวร์การพัฒนาด้านดิจิทัลเพื่อการศึกษา