Po celá desetiletí se evoluční biologové řídili široce přijímanou teorií: že většina genetických mutací je neutrálních – nejsou ani škodlivé, ani prospěšné, pouze putují generacemi bez významného dopadu. Tato myšlenka, známá jako Neutrální teorie molekulární evoluce, navrhla, že škodlivé mutace byly rychle odstraněny přirozeným výběrem, zatímco ty prospěšné byly příliš vzácné na to, aby významně ovlivnily průběh evoluce.
Ale nejmodernější výzkum z University of Michigan tuto konvenční moudrost zpochybňuje. Nová práce vedená evolučním biologem Jiangji Zhangem ukazuje, že prospěšné mutace mohou být mnohem běžnější, než se dříve myslelo, s potenciálně hlubokými důsledky pro naše chápání adaptace a toho, jak se organismy vyvíjejí v dynamických prostředích.
Výzkumníci zkoumající obrovské soubory dat vytvořené „skenováním hlubokých mutací“ pozorovali překvapivě vysokou frekvenci prospěšných mutací – více než 1 % testovaných variant upřednostňovalo za určitých podmínek kvasinky a bakterie Escherichia coli. Toto zjištění je v přímém rozporu s předpovědí neutrální teorie, že takové prospěšné mutace by měly být extrémně vzácné.
Tento rozpor však neznamená, že teorie je zcela mylná; spíše poukazuje na kritický chybějící kousek: samotné prostředí. Studie nabízí přesvědčivé nové vysvětlení: Adaptivní dynamika s antonymní pleiotropií.
Závodění s neustálými změnami
Tento model naznačuje, že prospěšné mutace vznikají často, ale mají potíže se stanovením své pozice v populaci kvůli skutečnosti, že prostředí je zřídka statické. Co je prospěšné v jedné situaci, může být škodlivé v jiné. Představte si druh dokonale přizpůsobený stabilnímu ekosystému – pak změna klimatu naruší rovnováhu. Mutace, které byly kdysi prospěšné, nyní brání přežití.
Zhang a jeho tým demonstrovali tento princip prostřednictvím experimentů zahrnujících evoluci kvasinek za konstantních a měnících se podmínek. Populace kvasinek, které se přizpůsobily konstantním podmínkám, nahromadily prospěšnější mutace než ty, které zažívaly periodické změny ve zdrojích živin. jaký je důvod? V neustále se měnícím světě měly prospěšné mutace málo času na to, aby se rozšířily, než si prostředí vyžádalo nový soubor vlastností.
„Říkáme, že výsledek byl neutrální, ale proces neutrální nebyl,“ vysvětluje Zhang. “Náš model naznačuje, že přirozené populace nejsou skutečně přizpůsobeny svému prostředí, protože prostředí se tak rychle mění a populace je neustále pronásleduje.”
Dopad na lidstvo v měnícím se světě?
Výzkum má významné důsledky daleko za hranice jednoduchých kvasinek. Nutí nás to přehodnotit, do jaké míry se lidé plně přizpůsobili našemu neustále se měnícímu světu. Náš druh prošel dramatickými změnami životního prostředí v průběhu historie, od agrární revoluce po průmyslový věk a nyní v antropocénu.
„Některé mutace mohou být užitečné v našich starých prostředích, ale nejsou vhodné pro dnešní prostředí,“ říká Zhang. Varuje, že i když se na povrchu můžeme jevit jako dobře přizpůsobení, rychlé tempo změn životního prostředí nám může zanechat genetické dědictví, které nám již plně neslouží. To může mít důsledky pro náchylnost k nemocem, odolnost vůči extrémním povětrnostním jevům a dokonce i reakce na nové technologie.
Přestože zjištění studie z velké části pocházejí z experimentů s jednobuněčnými organismy, nabízejí přesvědčivý rámec pro pochopení adaptace u složitějších živých organismů. Budoucí výzkum se zaměří na opakování těchto experimentů na mnohobuněčných organismech, jako jsou lidé, aby se zjistilo, zda jsou pozorovány podobné trendy.
Teorie adaptivní dynamiky vrhá světlo na dynamickou interakci mezi evolucí a prostředím a nutí nás přehodnotit, jak přemýšlíme o samotném konceptu „adaptace“. Vykresluje obraz probíhající evoluční rasy – neustálého boje o udržení tempa změn, které nechává mnoho organismů neustále na pokraji adaptace, ale nikdy tam úplně.
