Учёные создали «перемотку» для эволюции
Исследователи из Университета Аризоны разработали метод «воскрешения древних генов» (ancestral gene resurrection). Он позволяет вставлять древние гены в современные бактерии E. coli, чтобы снова и снова наблюдать, как будет разворачиваться эволюция. Это даёт представление о том, как жизнь развивалась на ранней Земле и как она может выглядеть на других планетах.
«Организмы могут нормально функционировать, даже если в них встроен важный ген, которому более 700 миллионов лет», — говорит ведущий автор исследования, астробиолог Бетюль Качар. Работа опубликована в Journal of Molecular Evolution.
Эксперимент по «перемотке ленты жизни»
В 1989 году эволюционный биолог Стивен Джей Гулд задался вопросом: если перемотать время назад и позволить эволюции произойти заново, будет ли результат похож на известную нам жизнь? Метод рекомбинантной ДНК позволил проверить это экспериментально.
Качар и её коллеги реконструировали последовательность древнего бактериального гена EF-Tu возрастом 500 миллионов лет. Этот белок участвует в сборке аминокислот в рибосоме. Его древняя версия отличалась от современной в 28 позициях.
Результаты эволюционного «реплея»
Учёные заменили два современных гена EF-Tu в E. coli на одну древнюю копию. Гибридная бактерия выжила, но её эволюционная приспособленность (скорость роста) упала на две трети.
Затем исследователи создали шесть популяций таких бактерий и позволили им эволюционировать в лаборатории в течение 2000 поколений. В пяти из шести популяций эволюция пошла по одному и тому же пути: бактерии не меняли сам ген EF-Tu, а увеличивали количество производимого белка, чтобы компенсировать его сниженную функцию. Качар называет это «системой экстренного реагирования» организма.
Значение и перспективы работы
- Эволюционные ограничения: Тот факт, что большинство популяций нашло одинаковое решение, говорит о возможных ограничениях, накладываемых исходным материалом.
- Временное решение: Увеличение производства белка может быть временной мерой, пока не появится лучшая мутация. Эксперименты продолжаются, чтобы увидеть дальнейшие изменения.
- Астробиология: Понимание того, как начальные условия ограничивают эволюцию, помогает представить, какой может быть жизнь на других планетах.
- Будущие применения: Метод может показать, как жизнь адаптируется к изменению климата и другим антропогенным изменениям.
«Эта работа поможет нам понять пределы жизни, объединяя синтетическую и эволюционную биологию. Таким образом, мы можем подойти к более широким проблемам астробиологии, касающимся распространения жизни», — заключает Качар.