Биологи объяснили, как организмы могут быть устойчивы к мутациям, но при этом адаптироваться к изменениям среды

Биологи из Университета Пенсильвании разрешили давнюю загадку эволюции: как организмы могут быть устойчивы (робастны) к эффектам мутаций и одновременно способны адаптироваться при изменении окружающей среды.

Согласно исследованию, эти два требования часто не противоречат друг другу. Оптимальный уровень робастности поддерживает фенотип в одной среде, но также позволяет адаптироваться к её изменениям.

Ключевой вывод: нейтральные мутации могут подготовить почву для будущей полезной адаптации. Хотя они не влияют на фенотип напрямую, они могут изменять эффекты последующих мутаций в благоприятную сторону.

Модель и результаты:

• Используя оригинальную математическую модель взаимодействия генов, учёные показали, что мутационная робастность может как препятствовать, так и способствовать адаптации. Это зависит от размера популяции, скорости мутаций и структуры "ландшафта приспособленности".
• Анализ модели выявил, что популяции с промежуточным уровнем робастности адаптируются к новым средам быстрее всего. Они оптимально балансируют между генетическим разнообразием и скоростью появления фенотипически значимых мутаций.
• Результаты были проверены компьютерным моделированием эволюции молекул РНК.

Почему это важно? Исследование даёт количественное понимание связи между робастностью и эволюционным потенциалом (evolvability), проясняя неоднозначность в эволюционной теории. Результаты могут помочь в исследованиях молекулярной и экспериментальной эволюции, эволюционной биологии развития и белковой инженерии.

Исследование опубликовано в журнале Nature.