Ученые из Калифорнии и Флориды впервые предложили модель, связывающую эволюцию белковых молекул с уровнем метаболизма отдельных видов [1].

В ходе данных исследований было продемонстрировано, что скорость эволюции белковых молекул так же зависит от температуры и размеров тела рассмотренных в работе видов, как и общий уровень метаболизма данных видов (данные параметры изучались у разных организмов, начиная от рыб и заканчивая млекопитающими). В частности, модель, предложенная в данной работе, предсказывает, что увеличение на 10 градусов средней температуры тела представителей некоего вида приводит к повышению скорости эволюционного изменения белковых молекул в 300 раз, а десятикратное уменьшение размеров тела увеличивает этот же показатель в 200 раз.

«Модель предполагает, что если бы случилась эволюционная „гонка вооружений“ между маленьким и „горячим“ животным и большим и „холодным“, то последнему пришлось бы довольно тяжело, — говорит Джеймс Гилули (James F. Gillooly), сотрудник University of Florida College of Liberal Arts and Sciences. — Но в действительности мы доказываем, что нейтральные эволюционные процессы, не зависящие от естественного отбора, являются очень значимой движущей силой эволюции» [2].

Суть концепции естетсвенного отбора, впервые описанной Чарльзом Дарвином в 1859 году, заключается в том, что некоторые наследственные фенотипические изменения, появляющиеся у живых организмов в ходе эволюции, помогают им выживать и размножаться, и поэтому сохраняются в популяции, а некоторые, наоборот, мешают, вследствие чего отсеиваются отбором.

«Мы знаем, что скорость и характер эволюционного процесса зависит от того, в какой среде обитает популяция, — говорит Гилули. — Однако, в данном исследовании делается предположение о том, что вы можете судить о скорости и характере эволюции белковых молекул изучаемого вида, не зная ровным счетом ничего о давлении отбора и характеристиках среды его обитания. Это довольно любопытно».

Вместе с коллегой Майклом МакКоем (Michael W. McCoy) Гилули анализировал три семейства клеточных белков, представители которых брались у рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих.

«Вообще-то существует две концепции относительно того, что же движет эволюцией органического мира, — говорит соавтор работы Эндрю Аллен (Andrew P. Allen), сотрудник National Center for Ecological Analysis and Synthesis. — Одни считают, что среда диктует те изменения, которые закрепляются в фенотипах особей, а другие утверждают, что все изменения зависят от скорости мутирования молекул ДНК. Согласно нашим результатам, существуют определенные физиологические механизмы, регулирующие эту скорость». (В прошлых работах Гилули и Аллен определяли, как температура контролирует процесс видообразования, а теперь предметом их изучения стали геномы организмов.)

«Мы не говорим, что когда произойдет то-то и то-то, у животного отрастет хвост, — говорит Аллен. — Мы не можем делать такого рода прогнозы, однако, возможно, мы сможем предсказывать, как быстро тот или иной вид сможет эволюционировать в ответ на изменения в среде обитания. Таким образом, мы пытаемся определить, какие ограничения могут быть у эволюционного процесса в целом».

В конечном счете, исследователи приходят к выводу о том, что эволюция белковых молекул, напрямую зависящая от скорости накопления генетических мутаций, сильно зависит от характеристик уровня метаболизма конкретного вида.

«В настоящее время не прекращаются дискуссии относительно того, что же в действительности движет эволюцией, и вот теперь мы имеем дело с одной из наиболее адекватных работ, в которой утверждается, что случайные мутации — это основной фактор, — говорит не участвовавший в этом исследовании Дэн Грор (Dan Graur), профессор Хьюстонского университета. — Если пытаться кратко охарактеризовать все эти процессы, то получится, что речь скорее идет не о выживании наиболее приспособленных, а о выживание наиболее везучих. Конечный результат определяется вовсе не тем, способствует ли какая-то конкретная черта выживанию организма или оставлению им потомства».

«Белковая база данных, которую использовали исследователи, довольно ограничена, но в настоящее время это единственное, с чем можно работать, — продолжает Грор. — Хотя подборка рассмотренных видов впечатляет. В статье делается упор на то, что белки эволюционируют в основном за счет случайных нейтральных мутаций, хотя признается, что эволюция „наиболее функционально значимых“ доменов может все же контролироваться естественным отбором. К сожалению, к нынешнему времени еще не очень хорошо научились измерять „значимость“ тех или иных особенностей молекулы».

Литература

1. J. F. Gillooly, M. W. McCoy, A. P. Allen. (2007). Effects of metabolic rate on protein evolution. Biology Letters. 3, 655-660;
2. Driving force of evolution? Evolution of proteins linked to species' metabolic rate. (2007). ScienceDaily.