Эволюция не случайна: новые открытия учёных
Знаете, чему нас учили на уроках биологии? Эволюция — это лотерея. Случайные мутации, естественный отбор, и кто выжил — тот молодец. Красивая, стройная теория. Но, как это часто бывает, реальность оказалась сложнее и… продуманнее. Новое исследование, объединившее усилия немецкого Института Макса Планка и Калифорнийского университета в Дэвисе, переворачивает этот уютный мир с ног на голову. Оказывается, мутации могут быть не такими уж и случайными.
Наука не стоит на месте. Мы уже знаем, что мутации — штука сложная. На то, где именно в цепочке ДНК произойдет «сбой», влияет куча факторов: от того, из каких «кирпичиков» состоит этот участок, до того, как активно клетка его ремонтирует. Но одно оставалось незыблемым: сам по себе толчок к изменению — дело случая.
В общем-то, логика железная. Если мутация полезная — например, позволила растению выжить в засуху, — она закрепится. Если вредная — организм, скорее всего, просто не оставит потомства, и мутация исчезнет. Так работает отбор. Но откуда берутся мутации? Считалось, что отовсюду с равной вероятностью.
Грэй Монро, ведущий автор исследования из UC Davis, честно признаётся: «Мы всегда думали, что мутации в геноме — это рулетка». Но когда команда присмотрелась к результатам, картина оказалась куда интереснее: «Оказалось, что картина мутаций не только в высшей степени случайна, но и неслучайна, причём так, что это идёт на пользу самому растению». Звучит как оксюморон, но давайте разбираться.
Для своего эксперимента учёные выбрали идеального подопытного — Arabidopsis thaliana, или резуховидку Таля. Это растение — настоящая звезда генетики: по нему накоплена масса данных, что позволяет отслеживать даже самые редкие новые мутации (так называемые de novo), которых не было у родителей.
И тут команда пошла на хитрость. Растения выращивали в тепличных, идеальных условиях. Это значит, что даже «вредные» мутанты могли выжить и дать потомство — в природе их бы давно отсеял отбор. Зачем? Чтобы увидеть все мутации без цензуры, понять, где они возникают чаще, а где — реже, и связать это с эпигенетикой. То есть с тем, как ДНК упакована и помечена «флажками», которые включают и выключают гены.
Результаты получились впечатляющие. Во-первых, оказалось, что в самих генах (там, где записаны инструкции для белков) мутации возникают на 58% реже, чем в «пустых» промежутках между ними. Во-вторых — и это самое главное — жизненно важные гены, отвечающие за базовые функции клетки, мутировали гораздо реже, чем гены «второстепенные», например, отвечающие за защиту от вредителей.
«Именно эти области с важнейшими генами больше всего страдают от новых мутаций», — поясняет соавтор работы Вайгель. «Поэтому механизмы репарации, починки ДНК, там работают особенно тщательно». Представляете? Растение как бы знает, что ломать нельзя, и ставит у особо ценного оборудования дополнительную охрану. Хотя, справедливости ради, он добавляет: «Но и эти защищённые регионы всё же эволюционируют, просто гораздо медленнее».
Как это работает? Ключевую роль играют белки, которые упаковывают ДНК. Вокруг важных генов они создают особую структуру, которая не только регулирует работу гена, но и привлекает «ремонтные бригады» в случае поломки. Это явление назвали мутационной предвзятостью. Проще всего объяснить её на примере игральных костей. Только представьте, что кости эти — шулерские. У них снижена вероятность выпадения единицы (плохой мутации) и, соответственно, повышена — шестёрки (нейтральной или полезной). Шулерство, встроенное в саму природу!
Конечно, сразу возникает вопрос: а что это даёт нам, людям? Прямая дорога ведёт к онкологии. Рак — это по сути болезнь накопленных мутаций в наших собственных клетках. Понимание того, почему одни гены (например, защищающие от опухолей) мутируют чаще других, может помочь в разработке новых стратегий профилактики и лечения. Как выразился Монро, цель — научиться «защищать гены человека от мутаций».
Очевидно, что это только первый шаг. Arabidopsis — всего лишь сорняк. Насколько универсален механизм мутационной предвзятости у других организмов, включая нас с вами, ещё предстоит выяснить. Но первые выводы заставляют смотреть на эволюцию иначе. Мутация больше не кажется слепой силой, блуждающей в потёмках. Похоже, у неё есть свой внутренний компас.
