24 сентября 2009, 18:19

Ученые доказали однонаправленность эволюции

Ученые показали, что изменения, накопленные в ходе эволюции, не могут быть "отменены". Работа исследователей опубликована в журнале Nature.
Ее основная суть изложена на портале Nature News.

Авторы работали с белком-рецептором глюкокортикоидов (glucocorticoid receptor - GR). Этот белок отвечает за узнавание различных глюкокортикоидных гормонов. В эволюции GR появился очень давно, и за миллионы лет его последовательность сильно изменилась. Исследователи сравнили последовательности аминокислот ("кирпичиков", из которых состоят белки) в рецепторах у различных организмов и проследили, как происходили изменения.

Изначально GR был способен узнавать два гормона - кортизол и альдостерон. Этот вариант рецептора присутствовал, например, у хрящевых рыб и получил название GR1. В ходе эволюции GR сузил свою "специализацию" и стал узнавать только кортизол. Новый вариант назвали GR2, и он старше GR1 приблизительно на 40 миллионов лет (время изменения можно оценить, исходя из средней частоты приобретения мутаций за единицу времени, которая более или менее постоянна).

В общей сложности, за 40 миллионов лет рецептор накопил 37 мутаций. Для потери способности узнавать альдостерон критическими оказались две. Одна из них меняла пространственную организацию белка таким образом, что он переставал узнавать оба гормона, а вторая возвращала рецептору специфичность к кортизолу.

Исследователи решили "запустить" эволюцию в обратную сторону и вернуть в GR2 две важные для узнавания обоих гормонов аминокислоты. Таким образом они смоделировали ситуацию, когда эволюционное давление, заставившее GR1 превратиться в GR2, исчезло. Оказалось, что после двух замен GR2 вообще переставал узнавать гормоны - как кортизол, так и альдостерон.

Причиной полной потери функциональности оказались другие изменения, накопленные рецептором. Пять мутаций, не оказывающих влияния на функционирование белка, тем не менее слегка изменяют его структуру. Ученые вырастили кристаллы старого и нового вариантов белков (с помощью кристаллов биологи могут изучить пространственную организацию молекул). Оказалось, что при возвращении в GR2 старых вариантов аминокислот, получающаяся в итоге конфигурация не позволяет рецептору выполнять свои функции.

Таким образом, для того чтобы GR2 приобрел исходную специфичность, в нем должны одновременно измениться сразу несколько аминокислот. Такой "единый порыв" является крайне маловероятным.

Совсем недавно другой коллектив ученых также получил доказательства невозможности "обратной перемотки" эволюции. Исследователи работали с плодовыми мушками. В лаборатории они провели искусственную эволюцию, добившись развития у насекомых определенных признаков. После того, как ученые сняли давление отбора, мухи не вернулись к исходному набору признаков.