Эволюция предпочитает одинаковые решения

Иногда можно услышать, что эволюция не очень любит искать новые пути — и если есть возможность использовать уже найденное решение, то она так и сделает. Очередное подтверждение этому продемонстрировали исследователи из Университета Британской Колумбии (Канада). Несколько лет назад они ставили эксперимент с эволюцией в пробирке: культуру бактерий Escherichia coli растили в среде, содержащей легко расщепляемую глюкозу и трудно расщепляемый ацетат. Кишечная палочка может работать как с тем, так и с другим субстратом, но, как выяснили учёные, в каждом образце колония бактерий разделялась на две части: одни поглощали только глюкозу, другие специализировались на ацетате.

Эволюция кишечной палочки выбирает надёжные, проверенные пути. (Фото Dr. Dennis Kunkel.)

Такое разделение популяции на две части для биологов уже давно не новость. Похожие процессы наблюдали, например, у цихлидовых рыб, амадин и пальмовых деревьев: хотя популяция занимает одну территорию, в ней выделяются экологические подгруппы. В случае бактерий экологическое разделение было обусловлено разными питательными веществами. Но раскол в популяции обычно подкрепляется генетическими изменениями, мутациями. И учёные захотели проверить, какие мутации тут задействованы.

Эксперимент с бактериями ставили в трёх пробирках и из каждой брали по 17 образцов на разных стадиях опыта для генетического анализа. Оказалось, что у бактерий из разных пробирок возникали одни и те же мутации, которые помогали им приспособиться к особенностям среды. И второе: эти мутации возникали в определённой последовательности, то есть сначала у бактерий появлялись изменения, которые позволяли использовать им другой тип пищи, а потом возникал генетический переключатель, переводивший метаболизм с одного пути на другой.

То, что приспособления к среде возникают у организмов в определённом порядке, учёные тоже давно знают, но как это проявляется на генетическом уровне, на уровне мутаций? При этом мы считаем, что вариантов таких приспособлений может быть множество, ведь мутации, как известно, появляются случайно, и отбор может выбрать разные варианты, которые одинаково подходят к решению одной и той же проблемы. Но, по-видимому, хотя мутации и случайны, эволюция предпочитает решать проблему единственным проверенным способом. То есть можно сказать, что эволюцию можно до какой-то степени предсказать.

С другой стороны, как замечают скептики, такая предсказуемость эволюции может иметь место только у тех организмов, которые не знают полового размножения, — у тех же бактерий, например. Кроме того, стоит учитывать, что в своих экспериментах исследователи работали с относительно небольшой и гомогенной популяцией микроорганизмов, и вполне возможно, что в естественных популяциях, гигантских по численности и разнообразных по видовому составу, эволюционные пути не так уж и однообразны.

Результаты исследований опубликованы на сайте PLoS Biology.

Подготовлено по материалам Nature News.