...слушал крышу... да-с.
Продолжаем сегодняшний выпуск.
Так ли на самом деле всё случайно в деле эволюции? Никто не может ответить на этот вопрос. Взгляд на генетику с точки зрения истории.
Перевод:
Случайные события оказывают немалое влияние на историю. Что, если бы водитель Франца Фердинанда не ошибся поворотом и не доставил герцога прямо под нос убийце? Была бы развязана Первая мировая война? Пришёл бы Гитлер к власти спустя несколько десятилетий?
Историки лишь предполагают, что могло бы произойти, но команда биологов-эволюционистов, изучающих древние белки, перешла от предположений к эксперименту. Они воссоздали предшественника одного из важных для человека белков в том виде, в котором он существовал сотни миллионов лет назад. Затем биологи, используя его как отправную точку, с помощью биохимических методов смоделировали и описали огромное количество возможных вариантов развития.
Отслеживая альтернативные эволюционные пути этого белка — клеточного рецептора гормона стресса кортизола,— исследователи обнаружили, что он не смог бы выработать современные свои свойства, если бы не две крайне маловероятные мутации, произошедшие с ним ранее. Эти “разрешающие” мутации не повлияли на функции, выполняемые белком, но без них не стали бы возможны позднейшие мутации, которые привели к тому, что белок стал реагировать на кортизол. Изучая тысячи альтернативных вариантов истории, исследователи не нашли других разрешающих мутаций, которые бы позволили белку развиться до нынешней своей формы. Исследователи описали полученные результаты 16 июня в онлайн-журнале Nature [1].
“Этот важнейший белок возник лишь благодаря стечению обстоятельств,— говорит старший автор исследования — доктор Джо Торнтон (Joe Thornton), профессор экологии, эволюции и генетики человека в Чикагском университете (University of Chicago). — Если наши результаты можно обобщить — а мы надеемся на это,— то многие из систем нашего тела работают именно так, а не иначе, благодаря очень маловероятным событиям, которые произошли когда-то давно в нашем эволюционном прошлом”,— добавил он.
Торнтон специализируется в реконструкции белков, предшествующих современным. С помощью генетического секвенирования и методов численного решения можно двигаться назад по дереву эволюции и получать вероятные последовательности белков, существовавших в далёком прошлом. Древние белки можно синтезировать методами биохимии и внедрить в живые организмы, чтобы таким образом изучить их функции.
Торнтон и другие учёные уже показали, что эволюция современных белков требовала разрешающих мутаций в прошлом. Но никто прежде не выяснял, каково было разнообразие возможных разрешающих мутаций и насколько мал был шанс того, что откроется разрешающий путь развития, ведущий к современным функциям.
Чтобы ответить на это вопрос, Торнтон и его соавтор, кандидат наук Майкл Хармс (Michael Harms) из Орегонского университета (University of Oregon), сосредоточились на глюкокортикоидном рецепторе (ГР), ключевом белке эндокринной системы, который реагирует на гормон кортизол, отвечая за реакцию организма на стресс. Они воссоздали ген, описывающий ГР в том виде, в каком он пребывал 450 миллионов лет назад, прежде чем у него развилась способность опознавать именно кортизол. Они включили целый набор мутаций, произошедших чуть позже и позволивших этому белку выработать чувствительность к кортизолу, но намеренно пропустили разрешающие мутации, делая белок нефункциональным.
Затем Торнтон и Хармс размножили этот генетический шаблон, создав миллионы копий, каждая из которых подверглась случайным мутациям, чтобы сымитировать возможность создания белка в рамках иных эволюционных сценариев. Чтобы опознать разрешающие мутации на возможных эволюционных путях, они создали дрожжевые клетки, которые росли лишь в том случае, если содержали функционирующий ГР, и внедрили в них свою коллекцию мутировавших версий древнего ГР. Если бы какая-либо из мутаций оказалась разрешающей, она восстановила бы функции ГР, и дрожжи начали бы расти при наличии кортизола.
Торнтон и Хармс протестировали многие тысячи вариантов, но не нашли ни одного, который восстановил бы функции ГР, кроме тех исторических мутаций, которые произошли на самом деле. “На множестве альтернативных путей развития не встретилось ни одной другой разрешающей мутации, которая могла бы открыть эволюционный путь к современному ГР”,— говорит Торнтон.
Изучая эффекты, оказанные мутацией на физическое строение древнего белка, Хармс и Торнтон также показали, почему разрешающие мутации так редки. Чтобы дать разрешающий эффект, мутация должна стабилизировать определённый участок белка — тот же, который дестабилизируется мутациями, изменяющими функции,— не стабилизируя при этом другие участки во избежание разрушения всей структуры. Как показали исследователи, очень малое количество мутаций способно удовлетворить этим жёстким требованиям.
“Эти результаты доказывают, что случайность — влияние случайных событий на путь продвижения эволюции — встроена в саму атомную структуру молекул,— говорит кандидат наук Ирен Экстранд (Irene Eckstrand) из Национального института здоровья при Национальном институте общих медицинских наук (National Institutes of Health's National Institute of General Medical Sciences), обеспечившего проекту существенное финансирование. — Если результаты подтвердятся для других систем, это будет значительный вклад в наше понимание того, как именно вырабатываются новые функции белков. Этот процесс является причиной многообразия жизни и источником генетических вариаций”.
В прежних обсуждениях исторической роли случайности в эволюции внимание уделялось по большей части внешним событиям: столкновению с астероидом, массовому вымиранию, изменению климата. Торнтон и Хармс показали, что присущая белкам сложность строения также делает эволюцию зависимой от маловероятных случайных событий.
“Напрямую исследовать альтернативные исторические пути — это так захватывающе, — говорит Торнтон. — Если бы историю эволюции можно было перезапустить с определённых стартовых точек в древности, мы бы практически гарантированно получили биологию, совершенно отличную от той, что мы имеем сейчас. Непредсказуемые генетические события постоянно открывают пути к одним эволюционным перспективам и в то же время перекрывают путь к другим — и всё это происходит в биохимических системах внутри наших клеток”.
Бедная наука 
да и этой новости в обед 300 лет.