FacePla.net

Чарльз Дарвин построил свою принципиально новую теорию естественного отбора на понимании того, что генетические изменения организмов являются ключевыми факторами эволюции. Эволюция дает возможность формам жизни адаптироваться к окружающей среде. Биологи надеются понять, как механизмы эволюции могут помочь земной жизни выжить за пределами нашей планеты. На фото роза, выращенная в искусственно созданных марсианских условиях в экспериментальной научной лаборатории в Лондоне.

Некоторые индивидуумы лучше адаптированы к определенной среде, чем другие, что дает им больше шансов выжить и передать свои гены будущим поколениям. Но сам природный механизм создания изменчивости все еще представляет собой загадку для биологов-дарвинистов.

Джоанна Масель, адьюнкт-профессор департамента экологии и эволюционной биологии Университета Аризоны, и научный сотрудник Этьен Район выяснили, как организмы решают ошибки, которые случаются, когда расшифровывающийся в их клетках генетический код значительно влияет на способность адаптироваться к новым условиям окружающей среды – другими словами, их способность эволюционировать.

«Эволюции необходима площадка для испытаний, - объясняет Масель. – Это как в конкурентном бизнесе: новые продукты и идеи следует сначала испытать, чтобы увидеть, способны ли они решить проблему».

В природе случается, что новые характерные черты, которые, к примеру, дают возможность носителям осваивать новую среду обитания, появляются по причине грубой погрешности – ошибки, допущенной клетками, в результате которой у белков появляются полностью новые свойства или функции, даже если с самим геном все в порядке. Спустя некоторое время одна из таких ошибок случается и с геном и становится более постоянной.

«Если бы механизмы, расшифровывающие генетическую информацию, были абсолютно безупречны, организмы оставались бы все время неизменными и неспособными адаптироваться к новым ситуациям или изменениям окружающей среды», - подчеркивает Масель, которая также является членом Института БИО5 Университета Аризоны.

По мнению Масель и Район, живые существа имеют два способа избежания опасностей, созданных ошибками. Первым является избежание самих ошибок, например, путем использования механизма их быстрого выявления и исправления. Авторы называют его глобальным решением, так как оно не является специфичным для какой-то определенной ошибки и позволяет наблюдать целостный процесс.

Альтернатива – позволить ошибкам случаться, однако развить устойчивость к последствиям каждой из них. Масель и Район называют эту теорию локальным решением, потому как в отсутствие глобального механизма исправления ошибок организму необходимо быстро приспосабливаться к каждой появляющейся ошибке.

«Мы обнаружили, что необычайно малые популяции будут применять глобальное решение, в то время как очень большие популяции используют локальное решение, говорит Масель. – Наиболее правильно сформированные популяции могут пойти по любому пути, но будут тяготеть к одному из них. Если они раз взяли какое-то направление развития, маловероятно, что они его сменят даже в течение эволюционного времени».

Используя имеющуюся информацию о дрожжевых грибах – популярном модельном организме для основных биологических исследований, - Масель и Район сформировали математическую модель и провели компьютерное моделирование генетического изменения популяции.

Избежание или исправление ошибок обходится дорого, отмечают исследователи. Если бы было иначе, организмы развили бы почти безошибочную точность при переводе генетической информации в белки. Вместо этого есть компромиссное решение между ценой сохранения белков без погрешностей и риском допустить потенциально вредоносные ошибки.

В предыдущих публикациях группа Масель представила идею изменений внутри популяции, производящих «многообещающих и безнадежных монстров» - организмы с генетическими изменениями, последствия которых могут быть либо безвредными, либо смертельными, но редко между этими состояниями.

В этом исследовании Масель и Район отмечают, что природные изменчивости происходят в двух вариантах: обычная изменчивость, которая является вредоносной в большинстве случаев, так как вероятность генетической мутации, ведущей к чему-то полезному, крайне незначительна, а также так называемая скрытая изменчивость, которая, скорее всего, окажется безвредной.