Исследование раскрывает эволюцию эволюционного потенциала
Новое исследование Института эволюционной биологии Общества Макса Планка (MPI-EB) проливает свет на одну из самых обсуждаемых концепций в биологии — эволюционный потенциал (evolvability). Работа впервые предоставляет экспериментальные доказательства того, как естественный отбор может формировать генетические системы для повышения будущей способности к эволюции, бросая вызов традиционным взглядам на эволюционные процессы.
Исследование опубликовано в журнале Science.
Способность организмов генерировать адаптивную генетическую вариацию имеет решающее значение для эволюционного успеха, особенно в меняющихся условиях. Учёные исследовали, может ли естественный отбор не просто действовать как «слепой» процесс, основанный на случайных мутациях, но и активно благоприятствовать механизмам, направляющим мутации к адаптивным результатам.
Исследователи провели трёхлетний эксперимент с микробными популяциями. Эти популяции подвергались интенсивному режиму отбора, требующему повторяющихся переходов между двумя фенотипическими состояниями в условиях колеблющейся среды. Линии, неспособные развить требуемый фенотип, устранялись и заменялись успешными, создавая условия для отшлифовки признаков, адаптивных на уровне линий.
Эволюция гипермутабельного локуса обеспечивает «предвидение»
Анализ более 500 мутаций выявил возникновение в некоторых микробных линиях локализованного гипермутабельного генетического механизма. Этот гипермутабельный локус, возникший в результате многоступенчатого эволюционного процесса, демонстрировал частоту мутаций до 10 000 раз выше, чем у исходной линии. Он позволил осуществлять быстрые и обратимые переходы между фенотипическими состояниями через генетический механизм, аналогичный локусам контингенции у патогенных бактерий.
«Наши результаты показывают, что отбор на уровне линий может стимулировать эволюцию признаков, повышающих эволюционный потенциал, предлагая захватывающий взгляд на то, как эволюция может обрести то, что кажется "предвидением"», — сказал исследователь Пол Рейни.
Исследователь Майкл Барнетт добавил: «Продемонстрировав эволюцию гипермутабельного локуса, мы показываем, что адаптация — это не просто выживание в настоящем, но и совершенствование способности адаптироваться в будущем».
Результаты бросают вызов давно устоявшемуся мнению, что эволюция действует без предвидения. Вместо этого они показывают, как естественный отбор может встраивать эволюционную историю в генетическую архитектуру, позволяя организмам «предвидеть» изменения окружающей среды и ускорять свою адаптацию. Это исследование не только даёт важное понимание эволюции микробных патогенов, но и имеет значение для изучения механизмов адаптации в сложных системах.