Долгосрочная эволюция оказалась «удивительно предсказуемой»

Эксперимент с моделированием сворачивания белков показал, что теория долгосрочной эволюции не только возможна, но и её результаты предсказуемы. Исследование, проведённое биологами из Стэнфорда, предоставляет основу для проверки эволюционных исходов в живых организмах.

В отличие от общепринятого дарвиновского процесса естественного отбора на уровне отдельных организмов (краткосрочная эволюция), некоторые учёные утверждают, что отбор также происходит между линиями на протяжении многих поколений (долгосрочная эволюция).

В новом исследовании учёные создали компьютерную симуляцию, в которой 128 линий белков постоянно меняли форму, конкурируя за связывание с лигандами. Чем лучше белок прикреплялся к лигандам, тем выше была его «приспособленность» — среднее количество «потомков». Симуляция была запущена на 10 000 поколений.

Несмотря на кажущуюся сложность, результаты оказались предсказуемыми. «Возможные эволюционные траектории довольно ограничены, — заявил ведущий автор Майкл Палмер. — В любой момент существует лишь несколько жизнеспособных мутаций, что делает динамику предсказуемой и повторяемой даже в долгосрочной перспективе».

Исследование было опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.

В некоторых экспериментах линии, которые в итоге побеждали в долгосрочной перспективе, изначально не были лучше всего приспособлены к связыванию лигандов. «Непосредственная приспособленность — не единственное важное качество, — пояснил Палмер. — Линия должна выживать в краткосрочной перспективе, но не менее важно то, как она способна адаптироваться к новым и потенциально изменчивым условиям в долгосрочной перспективе».

Это открытие может означать значительный сдвиг в точке зрения для биологов. В определённых ситуациях учёным следует смотреть за пределы деталей на уровне отдельного организма, поскольку эволюционную динамику можно точно понимать как отбор на уровне линии.

Это также имеет значение для геномной архитектуры вида. Чтобы превзойти другие линии, геном линии должен не только обеспечивать выживание особей в краткосрочной перспективе, но и позволять адаптироваться к новым условиям в долгосрочной.

«Отдельная мутация может иметь различную краткосрочную и долгосрочную приспособленность», — отметил Палмер.

Авторы считают, что эту работу можно воспроизвести на микроорганизмах in vitro, и надеются, что микробиологи применят новые метрики отбора. «Мы думаем, что создали хорошую основу для количественной оценки эволюционной предсказуемости и долгосрочной приспособленности», — заключил Палмер.