Молекулярная «машина времени» показала ключевую роль случая в эволюции

Это первый опыт применения метода глубокого сканирования мутаций к реконструированным древним белкам, который позволяет сравнить путь, по которому действительно пошла эволюция, с миллионами альтернативных, которые она отвергла. Ученые начали с одной из критически важных для современной биологии человека функции белка и синтезировали библиотеку его генетических вариантов, после чего проанализировали уже их функции. Они обнаружили более 800 различных путей, которые могли привести к образованию таких же или еще лучших функций.

«У нас есть молекулярная машина времени для путешествий в прошлое, и когда мы попадаем туда, мы можем проследить любой альтернативный путь, который мог бы, в принципе, реализоваться», — говорит Джозеф Торнтон, руководитель исследования.

Оказалось, что случайность играла ключевую роль в определении того, какая из мутаций закрепится в дальнейшем. В результате, определенный исход эволюции зависел в основном от того, как развивалась цепочка случайностей, сообщает Futurity.

Ученые взяли за основу штаммы дрожжей и модифицировали их таким образом, чтобы те реагировали флюоресценцией на определенные элементы. Затем они синтезировали библиотеку древних белков, содержащую все возможные комбинации аминокислот на четырех ключевых позициях в рецепторе, который реагирует на ДНК — 160 000 штук, которые составляют все возможные эволюционные пути, которыми мог пойти этот белок. Проверив их с помощью штамма дрожжей и глубокого секвенирования, они выбрали 828 новых вариантов, которые могли бы развивать те же функции. Причем выбранный эволюцией способ экспрессии не был наиболее простым.

«Сравнив то, что произошло в истории, со всеми другими вариантами, которые привели бы к тому же результату, мы увидели, насколько эволюция идеосинкретична, — говорит Тайлер Старр, отвечавший за проведение экспериментов. — Люди часто думают, что в биологии все идеально адаптировано к своим функциям. Мы обнаружили, что то, что развилось, было всего лишь одной из многих возможностей, которые были такими же хорошими или даже лучше, чем то, с чем мы оказались сегодня».

Больший элемент случайности, чем представлялось ранее, присутствует и в процессе репликации ДНК. К такому выводу пришли американские ученые, впервые наблюдавшие отдельные этапы образования новых молекул ДНК.