Эволюция предсказуема: одинаковые гены решают общие проблемы

Исследование Принстонского университета, опубликованное в Science, показывает, что эволюция может быть предсказуемой. Внешние факторы, такие как давление окружающей среды, заставляют разные виды находить повторяющиеся генетические решения.

Ключевое открытие: 14 видов насекомых, разделённых 300 миллионами лет эволюции, независимо выработали устойчивость к растительным токсинам — карденолидам. Это произошло за счёт мутаций в одном и том же белке: натрий-калиевой аденозинтрифосфатазе (Na+/K+-насосе).

Механизм адаптации

• Проблема: Карденолиды блокируют работу Na+/K+-насоса, нарушая критический баланс ионов в клетке.
• Решение: У насекомых, питающихся растениями (молочай, кендырь), в гене этого насоса произошло 33 мутации, снижающие чувствительность к токсину. У насекомых, не питающихся этими растениями, — всего одна.
• Элегантная стратегия: У некоторых видов произошла дупликация гена. Одна копия белка выполняет базовую функцию, а вторая («экспериментальная») эволюционирует для устойчивости, часто экспрессируясь в кишечнике.

Значение и перспективы

Исследование объединяет три движущих силы генетической эволюции: изменение самого белка, регуляцию его экспрессии и дупликацию генов. Все они могут использоваться для решения одной задачи.

«Эволюция в значительной степени предсказуема», — заключает старший автор исследования Питер Андольфатто. Повторяемость молекулярных решений у неродственных видов указывает на ограниченное число возможных эволюционных путей в ответ на общие проблемы.

Этот подход можно применять шире: изучая генетическую основу признака (например, устойчивости к засолению через тот же Na+/K+-насос) у разных видов, можно предсказать, как организмы адаптируются к изменяющейся среде.