Еще с тех времен, когда эволюционные идеи были впервые
сформулированы, ученых занимает вопрос: можно ли повернуть эволюцию
вспять?
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».
|