Неожиданный поворот: назван организм, которому удалось обратить эволюцию вспять

Известно, что некоторые виды возвращаются к утраченным признакам, однако это редкость и обычно не по тем же генетическим линиям. Когда речь идет об эволюции, мы обычно думаем о ней, как о прогрессе в одном направлении — вид становится все "лучше и лучше" с каждым изменением. Однако на самом деле эволюция гораздо сложнее, пишет IFLScience.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Очень сложная эволюция

В новом исследовании на примере необычного организма — галапагосских томатов — ученые показали, что эволюция может быть сложной. Ученые показали, что дикорастущие фрукты сбрасывают миллионы лет эволюции, чтобы воспроизвести давно утраченную химическую защиту.

Известно, что помидоры произошли от южноамериканских предков, которых, вероятно, завезли на Галапагосские острова птицы. Теперь ученые обнаружили, что растения начали вырабатывать токсичный молекулярный коктейль, который не наблюдался миллионы лет.

В ходе исследования были рассмотрены соединения алкалоиды, которые вырабатываются пасленовыми, в том числе:

• картофелем;
• баклажанами;
• перцем;
• томатами.

Это горькие на вкус молекулы, которые служат встроенным пестицидом, отпугивающим насекомых, грибки и травоядных животных от поедания растений или клубней.

У животных на Галапагосских островах мало хищников, о которых нужно беспокоиться, но это не относится к растениям. Ученые полагают, что выработка этих алкалоидов может помочь защитить уязвимые виды. Отметим, что в низких концентрациях эти алкалоиды не вредны для человека, но более высокие концентрации могут быть токсичными.

Организм, обративший эволюцию вспять

В новом исследовании из Калифорнийского университета в Риверсайде изучили томаты Галапагосских островов, чтобы понять, как растения вырабатывают эти алкалоиды. Любопытным оказалось не то, что томаты вырабатывают соединения, а в том, что они вырабатывают "неправильные". Простыми словами, томаты создают химические вещества, которые не были обнаружены в томатах с момента ранней эволюции.

По словам соавтора исследования, молекулярного биохимика из Калифорнийского университета в Риверсайде Адама Йозвиака, полученные ими результаты — вовсе не то что обычно ожидали увидеть ученые.

Эволюция не всегда односторонняя

Вопреки тому, что думают многие люди, эволюция на самом деле не всегда представляет собой одностороннее движение к большой адаптации. Простыми словами, порой она может действовать как круговой путь, по которому организм приобретает черты, похожие те, которые растение некогда утратило.

Нечто подобное чрезвычайно редко. Однако это, как правило, не подразумевает, что они восстанавливают утраченные через те же самые генетические пути, что трудно доказать. И все же томаты, похоже, смогли достичь этого.

По словам Йозвиака, они с коллегами усердно работали над тем, чтобы охарактеризовать этапы, вовлеченные в синтез алкалоидов, чтобы ученые могли попытаться контролировать его. В ходе исследования ученые проанализировали более 30 образцов томатов, взятых в различных геологических мест на Галапагосских островах. Они обнаружили, что растения на восточных островах вырабатывают те же алкалоиды, что и современные культивируемые томаты, но растения с западных островов вырабатывают соединения с химическим отпечатком их древних родственников баклажанов.

Результаты указывают на то, что разница между томатами с восточных и западных островов сводится к стереохимии — то есть к тому, как молекулы расположены в трехмерном пространстве. Две молекулы могут содержать одни и те же атомы, но будут вести себя по-разному в зависимости от того, как они расположены. В ходе анализа команда обнаружила, что томаты переключились, изменив четыре аминокислоты в одном ферменте. Этого простого развития было достаточно, чтобы перевернуть структуру молекулы с современной на древнюю.

Далее ученые доказали это изменение, синтезировав гены, кодирующие эти ферменты, в своей лаборатории и вставив их в растения табака. Как и предполагали ученые, растения быстро начали вырабатывать старые соединения.

Авторы исследования отмечают, что это развитие, похоже, не было случайным событием, а соответствовало географии. Восточные острова биологически разнообразны и более стабильны. Здесь томаты вырабатывали современные алкалоиды. Напротив, западные острова моложе, ландшафт более бесплодный, а почва менее развита. Именно здесь вырабатываются древние алкалоиды. Предполагается, что древняя молекула могла обеспечивать лучшую защиту в более суровых условиях.

Эволюционное моделирование для томатов

В ходе исследования ученые также попытались доказать, что такие изменения связаны с эволюционным поворотом. Для этого они провели своего рода эволюционное моделирование с использованием современной ДНК, чтобы вывести черты давно вымерших предков. Западные томаты соответствовали тому, что, вероятно, производили ранние предки.

Процесс эволюционного поворота был задокументирован у змей, рыб и некоторых бактерий, но это редкий и часто неясный процесс для изучения. По словам Йозвиака, генетические и химические доказательства действительно указывают на возврат к предковому состоянию. Механизм известен и он произошел.

Команда отмечает, что если это изменение может произойти у одного вила, оно, вероятно, может произойти и у других. Более того, ученые полагают, что нечто подобное в будущем может произойти и с людьми. К счастью, этого не произойдет за год или два, но со временем, возможно, если условия окружающей среды изменятся достаточно сильно.