Тише едешь, дальше будешь: как в естественном отборе «неудачники» могут обогнать «чемпионов»
При моделировании эволюции двух штаммов кишечной палочки тот, что был на грани вымирания, в конечном счёте опередил «лидера». Как оказалось, изначально плохая мутация у «лузера» при взаимодействии с другой мутацией оказалась эволюционно выгодной.
Эволюция — дама капризная и непредсказуемая. Не успеешь оглянуться, как её вчерашние фавориты уже на грани вымирания. И наоборот: те, что раньше плелись в хвосте эволюционного процесса и не блистали численностью, через какое-то время вырываются вперёд. Одна и та же мутация может служить как на благо вида, так и во вред.
Группа американских микробиологов из Университета штата Мичиган попробовала экспериментально показать, как изменения в ДНК обуславливают разный эволюционный потенциал у разных организмов. Учёные выращивали два штамма кишечной палочки Escherichia coli, у каждого из которых было по мутации в одном и том же белке topA — топоизомеразе, который необходим для расплетания молекулы ДНК при её копировании или синтезе матричной РНК.
Эти две мутации по-разному влияли на белок. Бактерии одного штамма размножались гораздо медленнее, зато второй в результате мутации получил «усовершенствованный» белок, который через 500 поколений обеспечил полное доминирование этого штамма бактерии. Первый же, «неудачник», оказался к тому моменту на грани вымирания.
Однако к поколению номер 883 наметился перелом. Первоначальные «лузеры» стали размножаться чуть быстрее «чемпионов» — на какие-то 2,1%. И уже к полуторатысячному поколению роли поменялись — «чемпионы» вымерли, «лузеры» пили шампанское. И такой исход «эволюции в бутылке» воспроизводился в большинстве случаев, хотя и не всегда.
Исследователи более подробно проанализировали геном обоих штаммов и выяснили, что у конечных победителей мутация topA комбинируется с мутацией в гене spoT. Несмотря на то что у тех, кто сначала шёл впереди, мутация в topA давала преимущество, она не сотрудничала со второй мутацией, что в итоге приводило этот штамм в эволюционный тупик.
Статья с результатами работы опубликована сегодня в журнале Science.
Коллеги авторов подчёркивают, что гипотеза о взаимовлиянии разных мутаций, разных участков ДНК и пр. в процессе эволюции широко обсуждается, но проверить её на практике было довольно трудно. Эта работа стала первым экспериментальным доказательством на молекулярном уровне эволюционного «сотрудничества» разных мутаций в ДНК. И, конечно, относительности «добра» и «зла» в эволюционном процессе.
Подготовлено по материалам ScienceNews, Компьюлента.
