Биологи продемонстрировали непредсказуемость и необратимость эволюции
Биологи из США доказали, что на молекулярном уровне эволюция носит непредсказуемый и необратимый характер. Моделируя эволюцию белка, они показали, что новые мутации зависят от предыдущих, а со временем вернуться назад и убрать накопленные мутации (без вреда для белка) становится все сложнее. Результаты исследования представлены в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Джошуа Плоткин (Joshua B. Plotkin) и его коллеги из Университета штата Пенсильвания работали с самым простым проявлением эволюции:
отсекающим отбором, который благоприятствует мутациям, оказывающим лишь незначительное воздействие на жизнь организма в неизменной среде — в отличие от позитивного отбора, поощряющего мутации, которые укрепляют организм в новых условиях.
Ученые взяли белок argT, обладающий простейшей структурой, и начали моделировать десять миллионов лет эволюции. Биологи вводили в argT случайные мутации, отказываясь только от тех, что существенно влияют на устойчивость белка. Также они смотрели, принял бы белок позднейшую мутацию, не получив одну из первых в списке.
Оказалось, что мутации в большой степени зависят друг от друга: многие поздние сдвиги разрушили бы белок, если бы их эффект не смягчали предшествующие. Кроме того, оказалось невозможным отключить ранние мутации, не подвергнув белок риску распада. «Если вы попытаетесь вернуться назад и после серии изменений отключите одну из первых, структура белка начнет рушиться», — поясняет Плоткин.
Зависимость одних мутаций от других, а также их укоренение в структуре белка говорит о том, что ход эволюции крайне сложно предсказать и невозможно развернуть назад. «Мутации, которые приходят первыми, определяют границы допустимого для последующих. История на самом деле направляет эволюцию по определенному пути. Если отмотать назад пленку жизни, пользуясь знаменитой метафорой Гулда, то она окажется совсем другой», — резюмирует Плоткин.
Ученые показали невозможность "обратной перемотки" эволюции
Ученые из Португалии и США показали, что характеристики организмов, изменившиеся в ходе эволюции, не могут вернуться в исходное состояние. Исследователи основывают свое утверждение на результатах длительного эксперимента с мухами Drosophila melanogaster, который коротко описан в пресс-релизе. Подробная статья опубликована в журнале Nature Genetics.
Согласно эволюционной теории Дарвина, живые организмы развивают определенные изменения, приспосабливаясь к условиям окружающей среды. На вопрос, сможет ли организм пройти свой эволюционный путь "в обратном направлении", большинство ученых отвечало отрицательно. Авторы данной работы решили подтвердить или опровергнуть теоретические доводы экспериментальными результатами.
В качестве модели ученые выбрали популяцию D. melanogaster, перенесенную из естественной среды обитания в лабораторию в 1975 году. В лаборатории мухи развивались в различных условиях. Так, часть насекомых испытывала постоянный недостаток пищи, у других искусственно поддерживали различную продолжительность жизненного цикла. У плодовых мушек она может составлять от десяти дней до месяца, поэтому за два десятка лет насекомые успели развить те или иные адаптации.
После завершения этапа "лабораторной эволюции", исследователи поместили мух из разных групп обратно в дикую природу. После смены 50 поколений насекомых, ученые вновь забрали мух в лабораторию и провели генетический анализ. Согласно их результатам, возвращения к исходному состоянию у мух не произошло. D. melanogaster развили некоторые изменения, которые позволили им лучше приспособиться к новой (в данном случае - старой) среде, однако частота встречаемости определенных генных маркеров, за которыми следили ученые, не вернулась к исходному уровню. То есть, мухи адаптировались к окружающим условиям не путем "обратного" изменения генов, а путем их новой модификации.
По мнению авторов исследования, их работа поможет ученым лучше понять, как "работает" эволюция и как развиваются и поддерживаются адаптационные изменения. Несмотря на то что эволюционная теория признана большинством ученых (хотя до сих пор встречаются
ее противники), не все ее аспекты в настоящий момент изучены в полной мере.
