Эволюция непредсказуема и необратима, показывают биологи

Исследование биологов Пенсильванского университета предоставляет доказательства на молекулярном уровне: эволюция непредсказуема и необратима. Используя симуляции эволюции белка, они показали, что генетические мутации, принимаемые эволюцией, зависят от предыдущих мутаций, и со временем их становится всё труднее обратить вспять.

Ключевые выводы исследования:

• Контингентность (зависимость от истории): Мутации, принимаемые эволюцией, контингентны — они зависят от предыдущих мутаций, которые смягчают их эффект. Одна и та же мутация, принятая на позднем этапе, была бы вредной и отвергнута, если бы возникла намного раньше.
• Укоренение (необратимость): Мутации становятся "укоренёнными". По прошествии определённого числа изменений в белке попытка вернуть более раннюю мутацию дестабилизирует структуру белка.
• Эпистаз под действием очищающего отбора: Исследование, сосредоточенное на очищающем отборе (который сохраняет признаки в фиксированной среде, а не адаптирует к новой), неожиданно показало, что такой отбор обогащает эпистатические мутации (где эффект одной мутации зависит от другой). Это происходит потому, что очищающий отбор благоприятствует мутациям с малым эффектом, которые могут быть малы сами по себе или из-за смягчающего влияния предыдущих мутаций.

Методология:

В качестве модели использовался бактериальный белок argT. С помощью вычислительной модели учёные симулировали его эволюцию в течение эквивалента ~10 млн лет, случайно вводя мутации и принимая их, если они незначительно влияли на стабильность белка.

Значение:

Результаты объясняют, почему долгосрочные эволюционные прогнозы (например, штаммов гриппа) крайне сложны: путь эволюции в высокой степени зависит от истории. Это придаёт новый смысл известной мысли Стивена Джея Гулда о "повторной прокрутке ленты жизни": если бы её перезапустили, эволюция пошла бы по другому пути не только из-за случайности, но и потому, что ранние мутации задают рамки для допустимых более поздних изменений.