Можливо передбачити еволюцію?

Коли одноклітинні водорості хлорела (Chlorеlla variablis) і смертельний для них контрагент хлоровирус борються, відбувається приблизно таке: після повторених циклів, виснаження і відновлення більшість водоростей стає резистентними до патогену.
Дослідники з Інституту еволюційної біології імені Макса Планка в Полон кажуть: при однакових стартових умовах еволюційні процеси відбуваються аналогічно і призводять до виникнення однакових властивостей. Але не в геномі: в кожному випадку водорості, що виробили резистентність, виявлялися носіями різних генів. Так вчені продемонстрували, що еволюція однакових властивостей може відбуватися паралельно, навіть якщо гени, що лежать в їх основі, розвиваються по-різному.
У своїх експериментах учені розселили популяцію генетично ідентичних Chlorеlla variablis в багато судин для вирощування клітинних культур і спостерігали за ними протягом 90 днів. Три з популяцій вчені інфікували хлоровирусом PBCV-1, інші ж розмножувалися без «антагоніста» і виконували роль матеріалу для порівняння.
У цьому варіанті дослідів відбувалася лише одна еволюційна «гонка озброєнь», коли у водоролей і паразитів вироблялися всі нові механізми захисту і нападу. Хазяїн і паразит проходили так звану коеволюцію.
При цьому було б не дивно, якби еволюція в кожній колонії проходила по-іншому. З попередніх досліджень вчені вже знали, що маленька популяція Chlorеlla variablis самостійно розмножується до тих пір, поки не досягне максимальної щільності, яку вміщує її життєвий простір. Зовсім інакше відбувається з популяцією, яка повинна стримувати вірус і з ним коэволюционировать.
«Після різкого збільшення протягом перших 15 днів, кількість водоростей суттєво зменшувалась. Паралельно з цим кількість вірусів значно зростала», – пояснив Лютц Бекс (Lutz Becks) з Інституту еволюційної біології імені Макса Планка.
Після повторного зростання приблизно на 20-й день знову відбувається і кількість водоростей зростає. І це зростання триває аж до кінця експерименту.
Популяція вірусу розвивалася з точністю до навпаки: після двох хвиль раптового приросту в перші три тижні кількість вірусів раптово йшло на спад, при цьому не вымираючи повністю.
Важливо було зауважити, що цей розвиток подібне для кожної колонії водоростей, які змушені були розвиватися з вірусами. «Всі три популяції демонстрували подібні тимчасові процеси. Очевидно, розтоків між господарем і паразитом щоразу відбувалася подібно», – сказав Бекс. В кінці експерименту кожна з популяцій складалася майже виключно з клітин водоростей, які стали резистентними до вірусу. Вони могли відбити напад вірусу не тільки з власної популяції, але і з інших – хоча там відбувалися незалежні процеси коеволюції.
«У всіх трьох випадках водорості і паразити повинні добре пристосуватися один до одного, інакше це явище було б неможливо пояснити», – сказав Бекс. Вже після 45 днів хазяїн і паразит настільки вдосконалили свої механізми захисту і нападу, що ні один не зміг взяти гору над іншим. За цей час водорості ставали резистентними навіть до тих вірусів, які виникали пізніше. Поряд з стійкими залишалися все ще нерезистентные водорості. З-за них і віруси не вимирають.
Аналіз генома водоростей показав, що резистентні клітини дублюють одну частину свого генома. Таке роздвоєння здається поширеним механізмом, коли організм розвиває нові механізми пристосування.
«Продубльований регіон, хоча і не робить клітини безпосередньо резистентним до вірусу, однак зменшує ресурси, необхідні для вироблення резистентності у водоростей», – пояснив Бекс.
Крім цього дублювання, згідно з отриманими результатами, важливу роль відіграють точкові мутації. Очевидно, на цьому рівні еволюція відбувається різними шляхами, адже якщо все резистентні клітини мали продубльований регіон, то точкові мутації в їх організмі відрізнялися.
Експерименти показали, що еволюція при однакових умовах розвиває ті ж властивості (мова йде про резистентність) і призводить до подібних популяционным процесів. Однак на рівні окремих генів все це виглядає інакше: тут еволюція щоразу знаходить нові шляхи, щоб пристосуватися.
«Мутації виникають випадково. Крім того, зменшення кількості популяції нівелює частина з них. Це все разом призводить до того, що еволюцію на генетичному рівні важко передбачити», – сказав Бекс.