Новая теория молекулярной эволюции бросает вызов нейтральности мутаций

Новое исследование Мичиганского университета ставит под сомнение давнюю Нейтральную теорию молекулярной эволюции, согласно которой большинство закрепляющихся в популяции генетических мутаций нейтральны (не несут ни пользы, ни вреда).

Исследовательская группа под руководством эволюционного биолога Цзяньчжи Чжана обнаружила, что более 1% возникающих мутаций являются полезными. Это на порядки больше, чем допускает Нейтральная теория. Такое количество полезных мутаций должно было бы привести к тому, что более 99% фиксаций были бы полезными, а скорость эволюции генов — гораздо выше наблюдаемой в природе.

Разрешение противоречия: роль меняющейся среды

Чтобы разрешить это противоречие, учёные предложили новую модель — «Адаптивное отслеживание с антагонистическим плейотропией». Ключевая идея: мутация, полезная в одной среде, может стать вредной в другой. Поскольку природные среды меняются часто, многие полезные мутации не успевают закрепиться до изменения условий.

«Мы утверждаем, что результат был нейтральным, но процесс — нет», — пояснил Чжан. — «Наши модели показывают, что природные популяции никогда не бывают полностью адаптированы к своей среде, потому что среда меняется очень быстро, и популяции всегда лишь "догоняют" её».

Экспериментальное подтверждение

В эксперименте с дрожжами одна группа эволюционировала в постоянной среде 800 поколений, а другая — в меняющейся среде (10 разных питательных сред, по 80 поколений в каждой).

• В группе с постоянной средой наблюдалось много полезных мутаций.
• В группе с меняющейся средой полезных мутаций было значительно меньше. Они не успевали закрепиться до смены среды, а в новой среде могли даже стать вредными.

Значение и ограничения

Теория предполагает, что гены современных организмов, включая человека, могут быть не оптимальны для текущей среды, так как сформировались в ответ на прошлые, часто меняющиеся условия.

Важное ограничение: данные получены на одноклеточных организмах (дрожжи и E. coli). Необходимы исследования на многоклеточных организмах, чтобы подтвердить применимость выводов к более сложным формам жизни, таким как человек.

Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.