Несподіваний поворот: названо організм, якому вдалося повернути еволюцію назад

Відомо, що деякі види повертаються до втрачених ознак, проте це рідкість і зазвичай не за тими самими генетичними лініями. Коли йдеться про еволюцію, ми зазвичай думаємо про неї, як про прогрес в одному напрямку — вид стає дедалі "кращим та кращим" з кожною зміною. Однак насправді еволюція набагато складніша, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Дуже складна еволюція

У новому дослідженні на прикладі незвичайного організму — галапагоських томатів — учені показали, що еволюція може бути складною. Вчені показали, що дикорослі фрукти скидають мільйони років еволюції, щоб відтворити давно втрачений хімічний захист.

Відомо, що помідори походять від південноамериканських предків, яких, імовірно, завезли на Галапагоські острови птахи. Тепер учені виявили, що рослини почали виробляти токсичний молекулярний коктейль, який не спостерігався мільйони років.

Під час дослідження було розглянуто сполуки алкалоїди, які виробляються пасльоновими, зокрема:

• картоплею;
• баклажанами;
• перцем;
• томатами.

Це гіркі на смак молекули, які слугують вбудованим пестицидом, що відлякує комах, грибки та травоїдних тварин від поїдання рослин або бульб.

У тварин на Галапагоських островах мало хижаків, про яких потрібно турбуватися, але це не стосується рослин. Вчені вважають, що вироблення цих алкалоїдів може допомогти захистити вразливі види. Зазначимо, що в низьких концентраціях ці алкалоїди не шкідливі для людини, але вищі концентрації можуть бути токсичними.

Організм, який повернув еволюцію назад

У новому дослідженні з Каліфорнійського університету в Ріверсайді вивчили томати Галапагоських островів, щоб зрозуміти, як рослини виробляють ці алкалоїди. Цікавим виявилося не те, що томати виробляють сполуки, а в тому, що вони виробляють "неправильні". Простими словами, томати створюють хімічні речовини, які не були виявлені в томатах з моменту ранньої еволюції.

За словами співавтора дослідження, молекулярного біохіміка з Каліфорнійського університету в Ріверсайді Адама Йозвіака, отримані ними результати — зовсім не те, що зазвичай очікували побачити вчені.

Еволюція не завжди одностороння

Всупереч тому, що думають багато людей, еволюція насправді не завжди являє собою односторонній рух до великої адаптації. Простими словами, часом вона може діяти як круговий шлях, яким організм набуває рис, схожих на ті, які рослина колись втратила.

Щось подібне надзвичайно рідко. Однак це, як правило, не має на увазі, що вони відновлюють втрачені через ті ж самі генетичні шляхи, що важко довести. І все ж томати схоже змогли досягти цього.

За словами Йозвіака, вони з колегами старанно працювали над тим, щоб схарактеризувати етапи, залучені в синтез алкалоїдів, щоб вчені могли спробувати контролювати його. Під час дослідження вчені проаналізували понад 30 зразків томатів, узятих у різних геологічних місць на Галапагоських островах. Вони виявили, що рослини на східних островах виробляють ті самі алкалоїди, що й сучасні культивовані томати, але рослини із західних островів виробляють сполуки з хімічним відбитком їхніх давніх родичів баклажанів.

Результати вказують на те, що різниця між томатами зі східних і західних островів зводиться до стереохімії — тобто до того, як молекули розташовані в тривимірному просторі. Дві молекули можуть містити одні й ті самі атоми, але поводитимуться по-різному залежно від того, як вони розташовані. Під час аналізу команда виявила, що томати перемкнулися, змінивши чотири амінокислоти в одному ферменті. Цього простого розвитку було достатньо, щоб перевернути структуру молекули з сучасної на стародавню.

Далі вчені довели цю зміну, синтезувавши гени, що кодують ці ферменти, у своїй лабораторії та вставивши їх у рослини тютюну. Як і припускали вчені, рослини швидко почали виробляти старі сполуки.

Автори дослідження зазначають, що цей розвиток схоже не був випадковою подією, а відповідав географії. Східні острови біологічно різноманітні та більш стабільні. Тут томати виробляли сучасні алкалоїди. Навпаки, західні острови молодші, ландшафт більш безплідний, а ґрунт менш розвинений. Саме тут виробляються стародавні алкалоїди. Припускають, що давня молекула могла забезпечувати кращий захист у більш суворих умовах.

Еволюційне моделювання для томатів

Під час дослідження вчені також спробували довести, що такі зміни пов'язані з еволюційним поворотом. Для цього вони провели свого роду еволюційне моделювання з використанням сучасної ДНК, щоб вивести риси давно вимерлих предків. Західні томати відповідали тому, що, ймовірно, виробляли ранні предки.

Процес еволюційного повороту був задокументований у змій, риб і деяких бактерій, але це рідкісний і часто неясний процес для вивчення. За словами Йозвіака, генетичні та хімічні докази дійсно вказують на повернення до прабатьківського стану. Механізм відомий і він відбувся.

Команда зазначає, що якщо ця зміна може статися в одного вила, вона, ймовірно, може статися і в інших. Ба більше, вчені вважають, що щось подібне в майбутньому може статися і з людьми. На щастя, цього не станеться за рік або два, але з часом, можливо, якщо умови навколишнього середовища зміняться досить сильно.

Раніше Фокус писав про те, що вчені вважають, що еволюція зовсім не така випадкова, як вважалося.