Эволюция не действует целенаправленно – она не умеет ставить цели и заглядывать в будущее. При этом организмы, более способные эволюционировать, могут лучше выживать в условиях быстро меняющейся среды. Отсюда вопрос: отбираются ли в процессе эволюции свойства, благоприятствующие эволюционному развитию организма?
“Никто не спорит с тем, что популяции эволюционируют, и что некоторые свойства меняются быстрее прочих. Мы хотели выяснить другое – является ли способность организма эволюционировать особой чертой, которой естественный отбор благоприятствует”, – рассказывает ведущий автор исследования Дастин Бриссон (Dustin Brisson), адъюнкт-профессор биологического факультета Университета Пенсильвании.
Чтобы виды вирусов, патогенных бактерий и паразитов смогли выжить, им надо уметь быстро адаптироваться и эволюционировать, чтобы всегда оставаться на шаг впереди оборонительного оружия своих “хозяев”. Но эти болезнетворные микроорганизмы не должны предугадывать, что их ждет в будущем – а только принимать новые формы, с которыми иммунная система “хозяев” пока не сталкивалась.
“Патогенные организмы испытывают очень сильное давление отбора со стороны иммунной системы хозяина. Если они не адаптируются, они погибают”, – рассказывает Бриссон.
Опираясь на этот факт, ученые стали искать доказательства того, что естественный отбор благоприятствует усиленной способности эволюционировать. Подопытным организмом выступила бактерия-возбудитель болезни Лайма – спирохета Borrelia burgdorferi.
У B. burgdorferi есть один белок, принципиально важный для заражения хозяина-млекопитающего – VlsE. В геноме бактерии этому гену предшествуют “кассеты”, которые в норме не экспрессируются (не превращаются в отдельные белки), но способны рекомбинироваться с VlsE, и так изменить экспрессию этого белка, создав новое “оружие” против иммунной защиты.
На основе предыдущих исследований нельзя было однозначно утверждать, что благоприятствующие изменчивости черты отбираются сами по себе, а не как побочный продукт других черт организма (например, связанных с выносливостью).
А сейчас исследователи обошли это затруднение, обратив свое внимание на “кассеты” – ведь те не могут быть объектом непосредственного отбора, так как не выполняют самостоятельных функций. Цель их существования – увеличение потенциального разнообразия белка VlsE.
“Организмы с большим разнообразием кассет должны иметь преимущество при отборе – они лучше способны вырабатывать новые антигены, то есть лучше приспособлены к выживанию в организме-хозяине”, – пишу исследователи.
Воспользовавшись проверенными методами молекулярного анализа, ученые взяли 12 штаммов B. burgdorferi и посмотрели, насколько естественный отбор способствовал разнообразию кассет. “Мы увидели, что эволюция способствует разнообразию кассет и, следовательно, способности белка к видоизменению”, – заявил Бриссон.
Важно еще и то, что мутации в кассетах, влияющих на ту часть VlsE, что распознается иммунной системой млекопитающих, встречаются в восемь раз чаще, чем следовало бы ожидать (исходя из теории вероятности). Скорость мутаций на кассетах вообще была выше, чем у других зон генома бактерии.
Это можно считать доказательством того, что естественный отбор благоприятствует изменчивости. При этом было бы слишком опрометчиво утверждать, что “отбор в пользу изменчивости” является характерным свойством всех живых существ.
“Продемонстрировать этот механизм на примере свободноживущих эукариотов – людей, например – было бы очень сложно. Зато мы можем сказать с полной определенностью, что способность к развитию может быть объектом отбора под давлением факторов среды”, – заключает Бриссон.