Молекулярная «машина времени» рассказала о роли «его величества случая»

Ученые из Чикаго сделали важное для понимания эволюции открытие.

Исследовав огромный объем генетических вариантов древнего белка, ученые Университета Чикаго смогли изучить мириады путей, по которым эволюция не пошла, и установить ключевую роль случайности в развитии жизни на Земле, сообщает hightech.fm.

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.