Ученые доказали, что роль случая в эволюции была определяющей
Эксперимент с дрожжами помог доказать, что эволюцией правил случай. Об этом говорит ничтожно малое количество возможных мутаций, «подготавливающих» клеточные белки к смене функции.
Результаты исследования, проведенного американскими специалистами из Чикагского университета, опубликованы в журнале Nature.
Теоретики уже много лет ведут споры о том, предопределен ли ход биологической эволюции какими-либо законами или же эволюционный процесс определяется главным образом случайностями. Если всё зависит от законов, то, «отмотав» эволюцию назад и запустив ее повторно в тех же условиях, мы получим такие же результаты, что и в первый раз. Если же случайности играют определяющую роль, то эволюция, если ее повторить, наверняка приведет к возникновению совершенно иных организмов.
Авторы статьи предложили еще один аргумент в пользу второй из вышеперечисленных точек зрения, моделируя эволюцию глюкокортикоидного рецептора (ГР). Этот рецептор у человека реагирует на гормон кортизол, выделяющийся при стрессе. Несколько лет назад ученые реконструировали исходную версию этого рецептора, AncGR1, которая имелась у общего предка всех челюстноротых (костные рыбы, хрящевые рыбы и четвероногие).
Было показано - чтобы превратить AncGR1 из неспециализированного рецептора в ГР, требуется семь мутаций. Пять из них влияют непосредственно на функции белка, а еще две сами по себе не оказывают воздействия на рецептор, но при этом нейтрализовывают побочные эффекты остальных мутаций. Ученые назвали такие мутации разрешительными - без них все последующие преобразования рецептора невозможны.
Две нужных мутации их 3650 возможных
На этот раз ученые решили выяснить, сколько же разрешительных мутаций теоретически может произойти в гене AncGR1. Для этого они вставляли в клетки дрожжей ген AncGR1 с пятью функциональными мутациями и затем произвольным образом вызывали мутации в других местах гена. Если AncGR1 превращался при этом в ГР, то есть приобретал чувствительность к кортизолу, то такие мутации в первом приближении считались разрешительными.
Всего экспериментаторы вывели более 12 тысяч линий дрожжей с 3650 различными мутациями, но только четыре из них (0,1%), помимо двух уже известных, вместе с функциональными мутациями превращали рецептор AncGR1 в ГР. Однако существует еще одно ограничение: разрешающие мутации, подготавливая почву для функциональных мутаций, не должны разрушать исходную структуру. И дальнейшие опыты показали, что все четыре альтернативных разрешительных мутации в реальности нарушают нормальную работу AncGR1.
Это значит, что в геноме наших далеких предков могла возникнуть только одна-единственная пара разрешающих мутаций. Если бы этого не произошло, то мы бы так и не обзавелись глюкокортикоидным рецептором, так что наша эволюция пошла бы по-иному пути. Поскольку разрешающие мутации сами по себе ни на что не влияют, то естественный отбор никак не может способствовать их закреплению. Следовательно, их возникновение в популяции - это дело случая.
По мнению авторов статьи, похожим образом обстоит дело и с другими генами: разрешающих мутаций очень мало, так что эволюция действительно определяется игрой случая. Ход эволюции был бы предопределен, если бы разрешающих мутаций в генах могло возникать много. Тогда бы они почти при любом стечении обстоятельств готовили бы почву для последующих изменений, и те возникали бы наверняка, в соответствии с требованиями окружающей среды.