Десятиліттями біологи-еволюціоністи керувалися загальноприйнятою теорією: більшість генетичних мутацій є нейтральними — ні шкідливими, ні корисними, вони просто переміщуються через покоління без істотного впливу. Ця ідея, відома як нейтральна теорія молекулярної еволюції, припускала, що шкідливі мутації швидко усуваються природним відбором, тоді як корисні трапляються надто рідко, щоб істотно вплинути на хід еволюції.
Але передові дослідження Мічиганського університету кидають виклик цій загальноприйнятій думці. Нова робота під керівництвом біолога-еволюціоніста Цзянджі Чжана показує, що корисні мутації можуть бути набагато більш поширеними, ніж вважалося раніше, з потенційно глибокими наслідками для нашого розуміння адаптації та того, як організми розвиваються в динамічному середовищі.
Дослідники, ретельно вивчаючи величезні масиви даних, отримані за допомогою «глибокого сканування мутацій», спостерігали напрочуд високу частоту корисних мутацій — понад 1% протестованих варіантів сприяли дріжджам і бактеріям Escherichia coli за певних умов. Це відкриття прямо суперечить прогнозам нейтральної теорії про те, що такі корисні мутації мають бути надзвичайно рідкісними.
Однак ця розбіжність не означає, що теорія абсолютно неправильна; швидше, це вказує на критично відсутню частину: саме середовище. Дослідження пропонує переконливе нове пояснення: адаптивна динаміка з антонімічної плейотропією.
Гонки з постійними змінами
Ця модель припускає, що корисні мутації виникають часто, але їм важко встановити своє місце в популяції через те, що середовище рідко є статичним. Те, що приносить користь в одній ситуації, може бути шкідливим в іншій. Уявіть вид, ідеально пристосований до стабільної екосистеми – тоді зміна клімату порушить баланс. Мутації, які колись були корисними, тепер перешкоджають виживанню.
Чжан і його команда продемонстрували цей принцип за допомогою експериментів, пов’язаних з еволюцією дріжджів у постійних і мінливих умовах. Популяції дріжджів, які адаптувалися до постійних умов, накопичили більше корисних мутацій, ніж ті, які зазнавали періодичних змін у джерелах поживних речовин. В чому причина? У світі, що постійно змінюється, корисні мутації мали небагато часу, щоб широко поширитися, перш ніж середовище вимагало нового набору ознак.
«Ми говоримо, що результат був нейтральним, але процес не був нейтральним», — пояснює Чжан. «Наша модель припускає, що природні популяції насправді не пристосовані до навколишнього середовища, оскільки середовище змінюється дуже швидко, і населення постійно переслідує їх».
Вплив на людство в мінливому світі?
Дослідження має значні наслідки далеко за межі простих дріжджів. Це змушує нас переглянути, наскільки люди повністю адаптувалися до нашого постійно мінливого світу. Наш вид зазнав драматичних змін у навколишньому середовищі протягом історії, від аграрної революції до індустріальної епохи, а тепер і антропоцену.
«Деякі мутації можуть бути корисними в нашому старому середовищі, але не підходять для сьогоднішнього середовища», — каже Чжан. Він попереджає, що хоча на перший погляд ми можемо виглядати добре пристосованими, швидкі темпи змін навколишнього середовища можуть залишити генетичну спадщину, яка більше не служить нам повністю. Це може мати наслідки для сприйнятливості до хвороб, стійкості до екстремальних погодних явищ і навіть реакції на нові технології.
Незважаючи на те, що результати дослідження в основному отримані в результаті експериментів з одноклітинними організмами, вони пропонують переконливу основу для розуміння адаптації більш складних живих організмів. Майбутні дослідження будуть зосереджені на повторенні цих експериментів на багатоклітинних організмах, таких як люди, щоб побачити, чи спостерігаються подібні тенденції.
Теорія адаптивної динаміки проливає світло на динамічну взаємодію між еволюцією та навколишнім середовищем, змушуючи нас переглянути своє ставлення до самої концепції «адаптації». Він малює картину безперервної еволюційної гонки — постійної боротьби за збереження темпу змін, що залишає багато організмів постійно на межі адаптації, але ніколи не досягає цього.
