Исследование показывает, что эволюционные адаптации могут быть обратимы, но редко
Учёные давно задавались вопросом, можно ли обратить вспять эволюционные адаптации. Ответ был неоднозначным: одни исследования показывали, что насекомые за миллионы лет теряли и вновь обретали крылья, а другие — что определённые белки не могут вернуться к исходной форме.
Ключевой вопрос, по мнению Джеффа Гора из MIT, не в том, обратима ли эволюция, а при каких условиях это возможно. Комбинируя компьютерную модель с экспериментами по эволюции лекарственной устойчивости у бактерий, его группа впервые оценила вероятность обратимости конкретной адаптации.
Экспериментальная система
Исследователи использовали систему для изучения эволюции гена, обеспечивающего устойчивость к антибиотику цефотаксиму. Было известно пять ключевых мутаций. Бактерии могут накапливать их, но только по определённым эволюционным траекториям — тем, где каждая промежуточная мутация даёт преимущество для выживания. Из 120 теоретически возможных путей к устойчивости реализуемы только 18.
Результаты
Учёные выяснили, может ли бактерия, развившая устойчивость в одной среде, потерять её, попадав в новую среду, где эта устойчивость становится помехой.
- Состояния, отличающиеся на одну мутацию, всегда обратимы, если одно состояние более приспособлено в первой среде, а другое — во второй.
- Возможность обратимости резко снижается с увеличением количества мутаций между состояниями.
- После четырёх мутаций возврат к исходному генетическому состоянию становится невозможным.
Это первая количественная оценка того, как обратимость зависит от "эволюционного расстояния".
Значение и выводы
- Результаты дают количественное обоснование закону необратимости эволюции Долло: сложные адаптации (требующие нескольких мутаций) обратить вспять труднее.
- Это также объясняет, почему ненужные органы, например, аппендикс, не исчезают быстро: обратная эволюция возможна, только если адаптация связана со значительными затратами, создающими давление отбора против неё.
В дальнейшем исследователи планируют изучить, как на обратимость эволюции влияет скорость изменения окружающей среды.