Исследование Мичиганского университета, опубликованное 14 ноября в Nature Ecology and Evolution, бросает вызов нейтральной теории молекулярной эволюции, господствующей уже почти 60 лет. Авторы новой работы предполагают, что организмы не достигают стабильной адаптации, а вместо этого постоянно «преследуют» меняющуюся окружающую среду.
Парадокс полезных мутаций
Эволюционный биолог Цзяньчжи Чжан и его команда обнаружили: полезные мутации происходят гораздо чаще, чем считалось ранее — более 1% от общего числа мутаций. Это на порядки выше, чем допускает нейтральная теория.
Однако природные популяции эволюционируют медленнее, чем должны при такой частоте полезных мутаций. Этот парадокс исследователи объясняют новой концепцией — адаптивным отслеживанием с антагонистической плейотропией.
«Мы утверждаем, что результат был нейтральным, но процесс не был нейтральным, — говорит Чжан. — Природные популяции не полностью адаптированы к среде, потому что среда меняется очень быстро, и популяции всегда догоняют эти изменения».
Что такое нейтральная теория?
Нейтральная теория молекулярной эволюции, предложенная Мотоо Кимурой в конце 1960-х годов, утверждает, что подавляющее большинство мутаций на молекулярном уровне нейтральны по отношению к естественному отбору — ни полезны, ни вредны. Согласно этой теории, движущей силой эволюционных изменений является в основном случайный дрейф генов, а не отбор.
Команда Чжана проверила это с помощью глубокого мутационного сканирования дрожжей и кишечной палочки (E. coli). Ученые искусственно обеспечили тысячи мутаций в определенных генах и отслеживали их эффекты на протяжении многих поколений.
Эксперимент: постоянство против изменчивости
Исследователи осуществили экспериментальную эволюцию с двумя группами дрожжей на протяжении 800 поколений:
- Первая группа эволюционировала в постоянных условиях;
- Вторая циклически проходила через 10 различных питательных сред каждые 80 поколений.
Результат поразителен: в меняющейся среде полезные мутации не успевали закрепиться в популяции до того, как условия снова менялись. Мутация, бывшая полезной в одной среде, часто становилась бесполезной или даже вредной в следующей
«Хотя мы наблюдаем множество полезных мутаций в данной среде, у них нет шанса закрепиться, — объясняет Чжан. — Когда их частота увеличивается до определенного уровня, среда меняется. Полезные мутации, накопленные в старой среде, могут стать вредными в новой».
Что это значит для человека?
Исследование предполагает, что выводы выходят за пределы микробных систем. Чжан полагает, что гены человека могут быть плохо приспособлены к современным условиям, поскольку наш вид эволюционировал в совершенно иной среде
Популяции, возможно, никогда не достигают полной адаптации — среда имеет свойство меняться быстрее, чем происходит полная генетическая оптимизация.
Ученые признают, что их выводы пока основаны на данных об одноклеточных организмах. Следующий шаг — проверить, сохраняются ли эти закономерности у многоклеточных видов, включая человека.
Читайте также: Ледниковые водоросли меняют наше представление об эволюции.
Всё верно. Так и Должно быть, иначе не будет никакого развития.