Комп’ютерне моделювання показує, що сама еволюція може розвиватися залежно від тиску навколишнього середовища. Це означало б, що не тільки живі істоти змінюються протягом покоління, але й процеси, які змінюють їх, також змінюються. Це важко вивчати, враховуючи великі часові масштаби, які можуть бути залучені в еволюцію живих істот. Тож еволюційний біолог Мічиганського університету Бхаскар Кумават і його колеги звернулися до програм, які випадково мутують і самовідтворюються, і конкурують у цифровому середовищі, де вони стикаються з винагородами та викликами.
У серії симуляцій населення мало доступ до двох компонентів – одного корисного та іншого токсичного. Однак у деяких сценаріях ці компоненти змінюють ознаки зі швидкою, середньою або повільною швидкістю, вимагаючи від популяцій адаптації до нових умов. Ці тести виявили два механізми «еволюційності», за допомогою яких процес еволюції може змінюватися з часом. Одна з них — зміна рівня мутації популяції.
«Вищі показники мутацій не обов’язково призводять до покращення еволюції в будь-якому конкретному середовищі, але мають широкий адаптивний вплив під впливом багатьох екологічних викликів», — пояснює команда у своїй статті.
Як правило, у стабільному середовищі швидкість мутації мінімізована, оскільки випадкові мутації супроводжуються ризиком негативних наслідків. Швидкість мутацій також різко падає, коли середовище змінюється занадто швидко. Коли віртуальні «організми» кидають виклик періодами змін, які чергуються з поколіннями затишшя нормального життя, баланс між ризиком негативних мутацій і потребою адаптуватися до новизни поступово зміщується. Це призвело до збільшення частоти мутацій, що дозволило швидко адаптуватися до нових умов.
«Дивно… ми бачимо, що популяції зберігають набагато вищі показники мутацій у середовищі, що змінюється з проміжною швидкістю», — виявили Кумават та його колеги.
Другий механізм, здається, точно налаштовує ландшафт цих мутацій таким чином, що дозволяє життю переходити туди-сюди між раніше відомими середовищами протягом поколінь, наприклад, між посушливими та вологими умовами. Віртуальні популяції, які постійно коливалися між новим і знайомим середовищем, закінчилися тисячократним збільшенням мутацій, зрештою знаходячи комбінації, які дозволяють їм легше перемикатися між протилежними необхідними рисами.
«Мутаційне оточення, яке зрештою окуповують популяції – які знаходять через еволюцію – це місця, де окремі мутації здатні змінити цей шлях», – пояснює еволюційний біолог Мічиганського університету Луїс Заман.
Але це підвищення еволюційної здатності відбувалося лише тоді, коли зміни в середовищі мали досить довгі періоди між кожним переходом – в ідеалі 30 поколінь. Неймовірно, але як тільки відбулося збільшення еволюційної здатності, вони, здавалося, залишалися навіть після подальшої мутації. Це може бути спосіб життя може нагромаджуватися ще більше складністю протягом еволюційного часу.
Дослідники стверджують, що комп’ютерне моделювання найкраще імітує одноклітинні безстатеві організми, але вони вважають, що ці принципи, ймовірно, відіграватимуть роль у більш складних організмах протягом тривалого часу. Хоча концепція еволюції, що розвивається, все ще є дискусійною, є деякі нові приклади, отримані в результаті досліджень бактерій.
«Життя справді, дуже гарне у вирішенні проблем», — каже Заман. «Чому еволюція є такою, здавалося б, творчою? Схоже, що, можливо, ця здатність є чимось, що еволюціонувало самостійно». Це дослідження було опубліковано в PNAS.