Ученые создали животных с древними генами для проверки причин эволюции

Ученые из Чикагского университета впервые создали генетически модифицированных животных, содержащих реконструированные древние гены. Это позволило им напрямую проверить, как генетические изменения, произошедные в далеком прошлом, повлияли на биологию и приспособленность организмов.

Исследование, опубликованное 13 января в Nature Ecology & Evolution, стало важным шагом в изучении генетической основы адаптации. Конкретные результаты, касающиеся способности плодовой мушки расщеплять алкоголь в гниющих фруктах, опровергают широко распространенную гипотезу о молекулярных причинах этого классического случая адаптации.

«Одна из главных целей современной эволюционной биологии — определить гены, которые позволили видам адаптироваться к новым условиям. Но сделать это напрямую было сложно, потому что у нас не было способа проверить влияние древних генов на биологию животного», — сказал Мо Сиддик, ведущий автор исследования.

Новый метод: «оживление» предков

Ученые объединили два современных метода:

1. Статистическую реконструкцию последовательностей древних генов.
2. Создание трансгенных животных.

Ранее большинство исследований искали «следы отбора» — статистические паттерны в генах. Однако это лишь косвенное доказательство. Подход с «оживлением» генов позволяет проверить эффект напрямую.

Тест на классическом примере

В качестве первого теста ученые выбрали классический пример адаптации: как плодовая мушка Drosophila melanogaster эволюционировала, чтобы выживать в условиях высоких концентраций алкоголя в гниющих фруктах.

Двадцать пять лет назад на примере гена алкогольдегидрогеназы (Adh) у этих мух был продемонстрирован новый статистический метод поиска следов отбора. С тех пор считалось, что эволюция фермента Adh стала причиной адаптации мух к этанолу.

Результаты, опровергающие гипотезу

Сиддик и его руководитель Джо Торнтон реконструировали последовательности гена Adh до и после того, как D. melanogaster развила толерантность к этанолу (2–4 млн лет назад).

1. Биохимический тест in vitro: Генетические изменения, произошедшие в ходе эволюции D. melanogaster, не оказали detectable effect на способность фермента расщеплять алкоголь в пробирке.
2. Тест на трансгенных мухах: Ученые создали трансгенных мух, несущих реконструированные древние формы гена Adh. «Оживленные» мухи с современным вариантом гена не были лучше в метаболизме алкоголя и не имели преимуществ в росте или выживании при высоких концентрациях алкоголя по сравнению с мухами, несущими древний ген.

Вывод: Несомненно, D. melanogaster адаптировалась к пище с высоким содержанием алкоголя, но не из-за изменений в ферменте Adh.

«История с Adh была принята, потому что экология, физиология и статистический след отбора указывали в одном направлении. Но три линии косвенных доказательств не являются железным аргументом», — отметил Джо Торнтон.

Ученые надеются, что стратегия создания трансгенных организмов с «оживленными» генами станет новым стандартом для прямого определения влияния исторических генетических изменений на биологию и приспособленность организмов.