Эволюция оказалась не такой случайной, как считали ученые

Ученые часто представляют эволюцию как трехмерный «ландшафт приспособленности», в котором вершинами выступают наиболее приспособленные виды. Считалось, что эволюция на этом этапе протекает случайным или нейтральным образом, но новое исследование ученых из Израильского технологического института (Технион) показало, что это не так, сообщает Science Alert.

«Эволюцию часто описывают как процесс восхождения к вершинам приспособленности, в ходе которого организмы лучше адаптируются к окружающей среде и тем самым повышают свои шансы на выживание. Однако иногда организмы сталкиваются с несколькими эволюционными траекториями, обеспечивающими одинаковый уровень приспособленности. Это ставит вопрос о том, как именно эволюция делает выбор между такими равноценными путями», — говорит биолог Наама Бреннер.

В биологии явление, при котором различные организмы достигают одних и тех же пиков приспособленности, называют вырожденностью. Биологические ландшафты часто характеризуются высокой степенью вырожденности: многие виды обладают примерно одинаковым уровнем приспособленности, даже если пришли к нему разными путями.

«На интуитивном уровне может показаться, что в таких условиях эволюция просто хаотично блуждает между этими состояниями. Однако мы показываем, что в действительности это не так», — написали ученые в своей статье.

Ученые разработали упрощенную математическую модель, чтобы проанализировать выживание популяций на плоских и вырожденных ландшафтах, учитывая естественный отбор и мутации — процессы, характерные для реального мира. Затем с помощью дополнительных прогнозов и компьютерного моделирования исследователи проверили, как протекает эволюция на протяжении сотен поколений и к каким результатам она может привести.

В результате они обнаружили нечто, что противоречит гипотезе о случайном характере процесса эволюции. Достигнув уровня максимальной приспособленности, организмы продолжали перемещаться в его пределах к участку с наиболее пологим рельефом, даже при отсутствии какого-либо «преимущества в приспособленности».

Этот «направленный дрейф» ведет в области, где специфические признаки популяции лучше защищены от мутаций и иных возмущений. Именно здесь и сказывается преимущество для выживания — в тех зонах «ландшафта», которые более устойчивы к подобным изменениям.

«На гладких многообразиях, соответствующих равной приспособленности, возникает скрытая тенденция, детерминированно направляющая эволюционирующие популяции к более пологим участкам. Эта тенденция является результатом взаимодействия между изменчивостью популяции и геометрией ландшафта», - заявили ученые.

По словам исследователей, это имеет важное значение для теории эволюции. В ходе такого направленного дрейфа группы, которые эволюционируют, могут приобрести устойчивость и жизнестойкость как побочный эффект, без какого-либо специфического эволюционного давления.

Авторы исследования также полагают, что незначительные биологические вариации могут играть более важную роль, чем считалось ранее: возможно, они позволяют выявить истинную конфигурацию ландшафта приспособленности и понять, как популяция перемещалась по нему в процессе эволюции.

Напомним, недавно ученые изучили ископаемые черепа, которые изменили представление об эволюции. Оказалось, что увеличение размером мозга приматов не было связано с развитием острого зрения.