Открыт неизвестный принцип эволюции
Изображение: National Science Foundation
Ученые Университета Аризоны в США открыли неизвестный принцип эволюции, согласно которому естественный отбор не может благоприятствовать сразу нескольким полезным мутациям, повышающим приспособленность организма к окружающей среде. Вместо этого он фокусируется только на том, что достаточно для выживания существа, и игнорирует другие возможности для улучшения. Об этом сообщается в статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Исследователи спровоцировали несколько мутаций, которые «ломали» механизм трансляции у шести различных штаммов бактерии кишечной палочки Escherichia coli. Трансляция — это процесс, при котором заложенная в генах информация о нуклеотидной последовательности белков переносится к рибосомам и участвует в белковом синтезе. Известно, что более чем за 3,5 миллиарда лет эволюции механизм трансляции не претерпел существенных изменений.
Ряд нефатальных мутаций, затрагивающих функционирование трансляционного процесса, должен с течением времени быть исправлен эволюцией. Для этого ученые заставили штаммы бактерий с различными изменениями конкурировать друг с другом, благодаря чему осуществлялся естественный отбор. Со временем внутри популяции накапливались полезные мутации, которые могли быть сохранены и использованы для улучшения трансляции.
Как и ожидалось, спустя тысячи поколений, одни штаммы были лучше адаптированы, чем другие. Однако выяснилось, что эволюция не приводила к полной отладке процесса трансляции. Вместо этого фокус эволюции смещался на другие клеточные модули, оставив механизм не до конца исправленным.
Ученые пришли к выводу, что естественный отбор не действует случайным образом, но имеет сильную предвзятость, отдавая предпочтение тем мутациям, которые обеспечивают организму наибольшее преимущество, и в то же время игнорирует другие менее полезные мутации, даже если они также приносят пользу организму. Эволюция сосредотачивается на самой насущной проблеме, но не решает ее полностью, а переходит к следующей. Решение одной задачи происходит за счет других проблем, требующих исправления. По крайней мере, в быстро развивающихся популяциях это приводит к ситуации, когда организмы никогда не могут достичь полностью оптимизированного состояния.
Это может быть полезным, поскольку не до конца оптимизированные механизмы сохраняют гибкость для дальнейших улучшений в случае нарушений. Исследователи считают, что эта особенность эволюции может быть признаком любой самоорганизующейся системы, и ее аналогии существуют на всех уровнях биологической иерархии.