Эволюционная сумма меньше своих частей

Исследователи из Гарварда обнаружили, что клеточные мутации, ответственные за успешную адаптацию организма, при комбинировании со временем дают меньшую пользу, чем можно было бы ожидать от их индивидуального действия.

Исследование из лаборатории Кристофера Маркса (Christopher Marx), доцента кафедры организменной и эволюционной биологии (OEB), публикуется в одном выпуске журнала Science вместе с аналогичной работой лаборатории Тима Купера (Tim Cooper) из Университета Хьюстона. Обе группы использовали идентичные подходы и получили эквивалентные результаты, изучая разные бактерии в разных условиях.

Ключевой вывод: Чем выше была приспособленность штамма до внесения полезной мутации, тем меньшее дополнительное улучшение она давала. Это помогает объяснить «замедление адаптации популяции» с течением времени.

Результаты контрастируют с более ранними исследованиями комбинаций мутаций в пределах отдельных белков (например, в работе лаборатории Дэниела Хартла (Daniel Hartl) из Гарварда), где мутации могли сильно взаимодействовать друг с другом, ограничивая пути для естественного отбора.

Как отметили Маркс и Купер в совместном письме в Science, их работы показывают, что адаптация с участием целых геномных сетей может вести себя совершенно иначе, чем адаптация белков. Взаимодействия между полезными мутациями распространены, но редко накладывают жесткие ограничения на возможные мутационные переходы.

«Любое открытие в экспериментальной эволюции строго устанавливает, что может произойти; когда результаты повторяются в разных системах, это говорит о том, что, возможно, именно это и происходит в природе».

Это открытие может привнести новую «предсказуемость» в эволюционную биологию. Как отметил Маркс, одна из захватывающих сторон такой науки — возможность изучать эволюцию на микроорганизмах в лаборатории в масштабах карьеры аспиранта.

Следующая цель — понять механизмы, лежащие в основе этого явления. «Нам нужно уметь понимать эти взаимодействия, чтобы в конечном итоге научиться ими пользоваться», — сказал Маркс.