Экологическое "строительные леса" как двигатель эволюции для неживых объектов

Новое теоретическое исследование предлагает решение фундаментального вопроса о том, как начинается эволюция путем естественного отбора — процесс, определяющий жизнь. Команда под руководством Пола Рейни из ESPCI Paris и Института эволюционной биологии Макса Планка показала, как определенные экологические условия могут навязать дарвиновские свойства извне недарвиновским объектам.

Проблема происхождения жизни

Для участия в эволюции путем естественного отбора объекты должны обладать тремя базовыми свойствами: вариабельностью, размножением и наследственностью. Однако сами эти свойства требуют эволюционного объяснения. В их отсутствие эволюцией управляет лишь случай.

Роль экологии: "Экологические леса"

Авторы утверждают, что предыдущие работы недооценивали роль экологии. При определенных условиях экология может экзогенно навязать дарвиновские свойства объектам, которые изначально их не имеют. Этот механизм команда называет "экологическими лесами" (ecological scaffolding).

Необходимые условия минимальны:

• Ресурсы, распределенные пятнисто (patchily distributed).
• Средство для расселения между пятнами (between patch dispersal).

От эксперимента к теории

Идея была ранее исследована на бактериальных популяциях. Исследователи экзогенно навязали дарвиновские свойства группам клеток, что привело к эволюции групп, как если бы они были частью многоклеточных организмов. Группы не только становились успешнее, но и развивали черты, лежащие в основе программы развития, питающей многоклеточный жизненный цикл.

В новой работе, опубликованной в Nature Ecology & Evolution, команда создала простую и универсальную теоретическую модель, обобщив эмпирические данные. По словам Рейни, результатом стала "экологическая рецептура", которая, если ей следовать, заставит объекты участвовать в эволюции путем естественного отбора, создавая "дарвиновскую машину".

Значение и предсказания

Работа имеет значение для:

• Поиска возникновения жизни из неживой материи.
• Понимания крупных эволюционных переходов (например, от клеток к многоклеточности).

Теория также делает предсказания для природы. Например, для патогенов, таких как ВИЧ (HIV), организм-хозяин — это пятно ресурса. Передача вируса новому хозяину через одну клетку аналогична репродуктивному событию на уровне группы.

Теория предсказывает, что в таких условиях популяции ВИЧ должны состоять из клеток, выполняющих разные функции — одни сома-подобные, другие — подобные зародышевой линии (germ line-like). Рейни указывает на недавние доказательства, что это действительно так.

Новый взгляд на старую проблему

"Экологические леса" предлагают новую перспективу: вместо поиска предсуществующих решений в химии или организмах, они признают непрерывность между зарождающимися эволюционирующими системами и их средой. Этот взгляд важен как для решения фундаментальных проблем жизни, так и для конструирования новых жизненных форм "сверху вниз".