Эволюция может отбирать способность к эволюции
Эволюция не имеет цели, но организмы с большей способностью к эволюции могут лучше справляться в быстро меняющихся условиях. Это поднимает вопрос: благоприятствует ли естественный отбор признакам, повышающим эволюционный потенциал вида?
Новое исследование учёных Пенсильванского университета впервые предоставляет чёткие доказательства, что ответ — да. Работа опубликована в журнале PLOS Pathogens.
Изучение патогенов как модель
Для долгосрочного выживания вирусов, бактерий и паразитов критически важна способность быстро адаптироваться, чтобы опережать иммунную систему хозяина. Исследователи использовали этот факт для поиска доказательств отбора на повышение эволюционного потенциала, сфокусировавшись на бактерии болезни Лайма Borrelia burgdorferi.
Ключевой белок VlsE и его кассеты
У B. burgdorferi есть белок VlsE, необходимый для установления долгосрочной инфекции. Ген VlsE предваряют "кассеты", которые обычно не экспрессируются, но могут рекомбинировать с VlsE, изменяя белок и создавая новый вызов для иммунитета хозяина.
Исследователи обошли проблему, анализируя разнообразие в неэкспрессируемых кассетах. Поскольку сами по себе они не имеют известной функции, их разнообразие не могло быть объектом прямого отбора, но служит окном в прошлое — оно показывает, отбирался ли потенциал для создания большего разнообразия VlsE.
Результаты и доказательства
Используя методы молекулярной эволюции, учёные оценили 12 штаммов B. burgdorferi и обнаружили:
- Чем больше генетическое разнообразие кассет, тем разнообразнее экспрессируемый белок VlsE.
- Мутации в кассетах, влияющие на часть VlsE, распознаваемую иммунной системой, встречались в 8 раз чаще, чем ожидалось случайно, и чаще, чем мутации в других частях белка.
- Скорость мутаций в неэкспрессируемых кассетах была выше, чем в других частях генома бактерии.
Выводы
Результаты дают прямое доказательство, что эволюционный потенциал (evolvability) был мишенью естественного отбора. Однако это не означает, что такой отбор — общее правило для всех живых существ.
"Продемонстрировать это для свободноживущих эукариот, например, людей, было бы невероятно сложно. Но теперь мы можем сказать, что эволюционный потенциал может быть объектом отбора под давлением среды", — отмечает ведущий автор Дастин Бриссон.