Эта модель предполагает, что времени на эволюцию уходит очень, очень много. Но живые организмы сталкиваются с такими экологическими изменениями, которые происходят быстро и остаются надолго. С одной стороны, в таких случаях можно обойтись теми возможностями, которые даёт имеющаяся эволюционная стадия. Но можно поступить иначе и воспользоваться «ускорителем эволюции».
Астианакс пещерный незрячий (снизу) и астианакс обычный зрячий (фото Nicolas Rohner / Harvard Medical School).
О таком «ускорителе эволюции» рассказывают в журнале Science исследователи из Института Уайтхеда и Гарвардского университета (оба — США). Им оказался шаперон, белок теплового шока HSP90. С его помощью учёные описывают стремительную эволюцию слепых пещерных рыб астианаксов. Живя в полной темноте, эти существа утратили в своё время зрение и пигментацию; это считается эволюционным шагом вперёд, так как, отказавшись от бесполезных признаков, астианаксы смогли перенаправить ресурсы на другие системы: скажем, усовершенствовать органы осязания, позволяющие ориентироваться и находить добычу по колебаниям воды.
При этом следует обязательно сказать, что есть и обычные астианаксы, которые живут в открытых водоёмах и у которых с глазами и окраской всё в порядке.
Процессы вроде утраты зрения (и некоторые других эволюционные изменения) обычно объясняются с помощью концепции молчащих мутаций: в популяции накапливаются некие изменения в ДНК, потенциально полезные, но они остаются непроявленными — до того момента, пока популяция не испытает стресса. Но что именно удерживает такие мутации в молчании?
Некоторое время назад учёные обнаружили, что белок HSP90 может подавлять проявление генетических изменений у самых разных организмов, от дрозофил до дрожжей и растений. При стрессе внутриклеточный запас HSP90 падает, и это приводит к появлению черт, которых раньше не было: одни ничего не меняют в приспособленности организма к среде, а другие оказываются весьма полезными.
HSP90 относится к шаперонам, роль которых — помогать другим белкам принимать правильную пространственную конформацию. От 3D-структуры зависит работа любого белка, при этом процесс сворачивания белков довольно чувствителен и подвержен самым разным влияниям. Так что понятно, почему при стрессе важность шаперонов возрастает: им нужно поддержать другие белки в это нелёгкое время.
Но что будет, если активность шаперонов подавить?
С одной стороны, клетка может погибнуть от стресса, а с другой — как уже сказано, у неё могут проявиться какие-то новые особенности. Клиффорд Тэбин (Clifford Tabin) и его сотрудники поставили такой эксперимент: они брали «нормальных», зрячих астианаксов и растили их с веществом, подавляющее активность HSP90. У таких рыб, по словам исследователей, глаза получались абсолютно разных размеров (то есть у каждой особи — свои). С другой стороны, если активность HSP90 подавляли у пещерной вариации астианаксов, никакого разброса в размерах глазных орбит у них не было — зато эти орбиты становились очень маленькими.
Точно такой же результат был получен, когда зрячих рыб выращивали в воде, солёность которой была такой же низкой, как в подземных водоёмах. Низкая солёность влияет на механизмы реакции на тепловой шок, в том числе на активность белка HSP90. Рыбы, которых выращивали при подземной солёности, демонстрировали те же вариации в размерах глаз, что и рыбы, у которых HSP90 подавляли с помощью химического ингибитора.
То есть у рыб в запасе были какие-то мутации, которые можно приспособить при «переезде» из открытого водоёма в пещерный. И когда такой «переезд» случился, астианаксам не надо было ждать новой порции мутаций, чтобы отобрать нужные. Но до поры эти мутации оставались под спудом. Изменение экологических условий выпускало их на волю, то бишь подавляло активность HSP90, и генетические «полуфабрикаты» можно было доводить до ума.
Да, сырьём для эволюции тут по-прежнему служат мутации. Однако их реализация, или, если можно так сказать, освоение, может замедляться и ускоряться — и от этого же будет зависеть скорость эволюции в целом.
Ну а могут ли белки-шапероны служить такими регуляторами скорости эволюции у других видов, покажут только дальнейшие исследования.
Подготовлено по материалам Института Уайтхеда.
