Время, назад!: Обратная эволюция
Сам Дарвин полагал эволюцию необратимой; он писал: «Вид, раз исчезнувший, никогда не может появиться снова, если бы даже снова повторились совершенно тождественные условия жизни». Однако если говорить о менее масштабных событиях, ответ не так очевиден. Современник Дарвина Долло также выступал за необратимость, сформулировав даже собственный закон: «Организм ни целиком, ни даже отчасти не может вернуться к состоянию, уже осуществленному в ряду его предков».
В самом деле, легко себе представить, как пятипалая конечность млекопитающего, попавшего в водную среду, снова регрессирует до куда более древней формы плавника. Однако это именно регресс, движение к упрощению, но не в строго обратном направлении, в котором некогда конечность развилась из плавника.
На самом же деле, в ряде случаев ответить на вопрос об обратимости эволюционных изменений оказалось не так-то просто. К примеру, в 2003 г. в одном исследовании были рассмотрены крылья у целого ряда насекомых: на протяжении миллионов лет эти виды то приобретали крылья, то теряли их, то «отращивали» снова. Однако вскоре эволюционное исследование одного белка показало обратное: он не может вернуться к своей более древней форме.
По словам профессора Джеффа Гора (Jeff Gore), ученых запутывает сама постановка вопроса — следует спрашивать не то, может ли эволюция пойти вспять, а то, как и когда это происходит. Таким исследованием и занялся Гор со своей командой на примере развития у бактерий устойчивости к антибиотикам, конкретнее говоря — к цефотаксиму.
Рабочая модель для этих исследований была создана несколько лет назад командой гарвардских ученых, которые показали, что в приобретении бактерией полной устойчивости к этому антибиотику она обязательно должна приобрести пять определенных мутаций. Каждая из них все увеличивает устойчивость и, как следствие, они могут появляться последовательно, в любом порядке, все наращивая и наращивая устойчивость бактерии к цефотаксиму.
Возможные пути движения бактерии по «пути пяти мутаций» в этом случае можно обобщить в диаграмме; всего вариантов движения получается 120, начиная от абсолютной подверженности действию антибиотика (0 мутаций) и вплоть до полной устойчивости (5 мутаций). Однако тогда уже ученые показали, что в реальности бактерии движутся лишь 18-ю вариантами пути.
Эту модель и использовала группа Джеффа Гора, задавшись вопросом о том, способны ли бактерии вновь последовательно терять устойчивость к цефотаксиму — разумеется, в искусственных условиях, в которых устойчивость эта будет негативно сказываться на выживаемости. Было показано, что состояния, отличающиеся всего на одну мутацию, всегда обратимы, но по мере накопления числа мутаций «путь назад» оказывается все менее и менее возможным.
«Таким образом, впервые продемонстрировано, как обратимость изменений определяется эволюционной дистанцией между ними, — добавляет Джефф Гор, — В экспериментах на данной системе критической точкой являются четыре мутации: когда бактерия получает все четыре, к началу она вернуться больше не сможет».
По публикации MIT News