Studija Univerziteta Michigan preispituje Kimurinu neutralnu teoriju pokazujući da su korisne mutacije češće nego što se ranije mislilo, ali da ih brzo promenljivo okruženje često sprečava da postanu uobičajene. Eksperimentalna evolucija 1.320 populacija kvasca kroz 800 generacija u 100 medijuma otkrila je da ~1% promena aminokiselina može biti korisno, dok ~70% tih mutacija postaje štetno u drugim uslovima (antagonistička plejotropija). Nalaz objašnjava zašto adaptivne promene nisu zastupljenije u genomima prirodnih populacija.
Novi Podaci Menjaju Zasnove Evolucije: Korisne Mutacije Su Češće — Ali Okolina Ih Briše
Scientists Got a Key Part of Evolution WrongTuckraider - Getty Images
24. novembra 1859. Charles Darwin je objavio On the Origin of Species i uveo pojmove evolucije i prirodne selekcije kao glavne mehanizme promene života na Zemlji. Decenijama kasnije, krajem 1960-ih, japanski biolog Motoo Kimura je predložio neutralnu teoriju molekularne evolucije: većinu promena na nivou DNK pokreće slučajnost (genetski drift), a ne adaptivna selekcija.
Nova studija preispituje Kimuru
Tim sa Univerziteta Michigan objavio je u časopisu Nature Ecology & Evolution istraživanje koje dovodi u pitanje ključnu pretpostavku neutralne teorije — da su korisne (benefitne) mutacije izuzetno retke. Analizom eksperimentalne evolucije i podataka o mutacijama, autori pokazuju da su korisne promene u aminokiselinama češće nego što se dugo verovalo, ali da ih često sprečava promenljivo okolinsko okruženje da postanu uobičajene u populaciji.
Kako su to dokazali?
Istraživači su evoluirali 1.320 populacija kvasca kroz 800 generacija u 100 različitih rastućih medijuma. Mediji su podeljeni u deset grupa po deset; za svaku grupu, deo populacija je rastao u jednom konstantnom medijumu, dok su druge rotirale kroz svih deset medijuma, menjajući sredinu na svakih 80 generacija. Pored eksperimenta, tim je koristio napredne tehnike skeniranja mutacija i podatke iz različitih izvora.
Glavni nalaz: oko 1% promena amino-kiselina ima korisne efekte u nekom okruženju. Međutim, kod mutacija koje su bile korisne u bar jednom uslovu, približno 70% su bile štetne u najmanje jednom drugom uslovu — fenomen koji autori nazivaju antagonistička plejotropija. Kao posledica toga, korisne mutacije ređe dosežu fiksaciju u populacijama koje se suočavaju sa promenljivim uslovima nego u stabilnim sredinama.
„Kažemo da je ishod bio neutralan, ali proces nije bio neutralan. Naš model sugeriše da prirodne populacije nisu zaista prilagođene svojim sredinama jer se sredine menjaju veoma brzo, i populacije stalno jure za promenom,“ rekao je Jianzhi Zhang, vodeći autor studije.
Šta to znači za razumevanje evolucije?
Rezultati sugerišu da neutralna teorija nije pogrešna u svojoj suštini — mnogi ishodi evolucije deluju „neutralno“ — ali da procesi koji vode do tih ishoda uključuju znatan broj korisnih mutacija koje se ne fiksiraju zbog promenljivosti okoline. Drugim rečima, adaptivne promene nastaju češće nego što je prethodno mislio Kimura, ali brzo promenljivo okruženje često poništava njihove prednosti pre nego što one postanu rasprostranjene.
Autori ukazuju i na moguće implikacije za ljudsku genetiku: aleli koji su bili korisni u prošlim okruženjima mogu danas biti loše prilagođeni novim uslovima (koncepcija slična hipotezi o "thrifty gene"). Međutim, potvrda ovih principa kod višestaničnih organizama, uključujući biljne i životinjske vrste, zahteva dodatna istraživanja jer su njihove evolucione brzine i demografske dinamike drugačije od mikroorganizama.
Zaključak
Studija menja način na koji treba posmatrati molekularnu evoluciju: korisne mutacije su češće nego što se verovalo, ali su njihovi efekti često kontekstualni i kratkotrajni. To objašnjava zašto genetske promene u prirodi deluju manje adaptivno nego bi se očekivalo samo na osnovu učestalosti korisnih mutacija. Dalja ispitivanja na drugim vrstama pružiće uvid u to koliko je ovaj princip univerzalan.
Izvor: University of Michigan; Nature Ecology & Evolution.
Pomozite nam da budemo bolji.
