Необратимость

Эволюция не в состоянии идти в обратном направлении — это подтверждает исследование, сделанное американскими биохимиками. Эту работу, опубликованную на прошлой неделе в журнале Nature, специалисты называют самой важной в эволюционной биологии за последние 10–15 лет.

Представим себе, что идет естественный отбор по какому-то признаку. Например, по хладостойкости: был климат теплый, стал холодный — и те мутации, которые помогают пережить холод, стали селективными. То есть именно они сохранятся в грядущих поколениях у любого вида, будь это одуванчик или саблезубый орел. Например, у орла вырос пушной покров на животе или изменилась биохимия клеток… Допустим, что через некоторое время климат опять поменялся, стал теплым. Вернется ли животное или растение в то состояние, в котором находилось до всех изменений? На этот вопрос биологи не могут ответить, с тех пор как появилось эволюционное учение Дарвина.

Новое исследование сделано на «простом» уровне — на уровне белков. Американцы изучили мутации в белке, который передает клеткам гормональные сигналы стресса, в так называемом глюкокортикоидном рецепторе. Период эволюции этого белка огромен — 450 млн лет. Еще у хрящевых рыб он мог принимать сигналы от двух гормонов — кортизола и альдостерона, а через 40 млн лет потерял эту способность, и уже у четвероногих он связывается только с кортизолом.

Как выяснилось, для этого достаточно мутаций, которые изменяют только две аминокислоты. Но всего ученые насчитали 37 замен. Допустим, мы вернем те две аминокислоты обратно, — вернется ли к белку способность реагировать на оба гормона? Не вернется, выяснили ученые. Потому что остальные изменения, нейтральные для нового белка, окажутся катастрофическими для прежней формы.

Чтобы вернуться к старой конфигурации, белку нужно сначала вернуть на место пять аминокислот из нейтральных участков, а затем уже заменить те самые две определяющие. Но проблема в том, что естественный отбор никак не влияет на мутации в нейтральных участках — там вообще нет никакого отбора, и мутации могут только накапливаться, но не возвращать молекулу в исходное состояние.

Таким образом, несущественные, казалось бы, изменения сжигают мосты для обратной эволюции.