Эволюция отбирает черты, благоприятствующие изменчивости

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.

http://nauka21vek.ru