Эволюция может эволюционировать сама по себе: новое исследование

Ученые давно задаются вопросом, почему организмы способны так эффективно справляться с изменениями в окружающей среде. Новое исследование, проведенное командой биологов, предполагает, что сама эволюция может обладать способностью к изменению. Исследование опубликовано в журнале PNAS.

Фото из открытых источников

Исследование, возглавляемое доцентом Мичиганского университета Луисом Заманом, рассматривает, как жизнь адаптировалась к экстренным условиям. Например, микробы демонстрируют удивительную скорость в развитии устойчивости к противомикробным препаратам, а вирусы, такие как SARS-CoV-2 и птичий грипп, способны быстро реагировать на изменения в иммунной системе хозяев.

«Разнообразие жизни и её эволюция от общего предка действительно впечатляют», — отмечает Заман.

Однако не понятно, почему эволюция проявляет такую изобретательность.

Ключевым аспектом исследования является различие между эволюцией и эволюционируемостью. Эволюция связана с мутациями, которые повышают приспособленность вида, тогда как эволюционируемость относится к потенциалу вида адаптироваться в будущем.

Для изучения этого вопроса исследователи создали вычислительную модель на основе фреймворка Avida. В модели были задействованы три полезные и три токсичные логические функции, которые можно представить в виде ягод — одни из них приносили пользу, а другие были ядовитыми в зависимости от условий. Популяции, как показали результаты, не могли одновременно преуспевать в обеих средах.

В ходе эксперимента команда запускала различные сценарии, чтобы измерить изменения в процессе эволюции. В одном случае среда оставалась неизменной, а в другом — популяции были вынуждены чередовать поедание красных и синих ягод. В результате чередования сред наблюдалось значительное увеличение мутаций, что позволяло популяциям успешно адаптироваться.

«Каждый раз, когда среда меняется, необходимо перенастраивать генетический код», — поясняет Заман.

Это означает, что мутации происходят, когда одна из инструкций в программе изменяется, позволяя популяциям адаптироваться к новым условиям.

Исследование также рассматривало влияние времени на эволюционируемость. Ученые изменяли частоту, с которой сценарии переключались между средами, от одного до ста поколений. Результаты исследования показали, что слишком быстрое изменение среды не способствовало повышению эволюционируемости, в то время как более длительные циклы могли способствовать её развитию.

«Как только популяция достигает способности к эволюции, она сохраняет эту способность в дальнейшем», — заключает Заман.

Это открытие подчеркивает важность понимания не только того, как организмы адаптируются, но и того, как сам процесс эволюции может изменяться.