Теория Дарвина устояла, показал крупнейший на сегодня анализ генов
Частота мутаций никак не зависит от важности генов, показал крупнейший на сегодня анализ спонтанных мутаций кишечной палочки Escherichia coli и пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae. С его результатами можно ознакомиться в журнале PLOS Biology.
Идея о том, что важные гены мутируют реже остальных, впервые была предложена в 1972 году как вызов традиционному взгляду на эволюцию. С тех пор она нет-нет, да всплывает в научных публикациях, в последний раз — в 2023-м.
«Утверждение о том, что важные гены мутируют медленнее, — это торжество хайпа над сутью. Это очень старое предположение, которое регулярно переизобретают в разных формах», — говорит биоинформатик София Радриццани, ведущий автор нового исследования.
Классически эволюция рассматривается как двухэтапный процесс. Мутации увеличивают генетическое разнообразие. Естественный отбор работает как фильтр, отдавая предпочтение одним признакам перед другими. Знаменитый пример — дарвиновы вьюрки, впервые встреченные Чарльзом Дарвином на Галапагосских островах в 1835 году. Различия в форме клювов позволяют им использовать разные источники пищи. Случайные мутации порождают клювы разного размера, но когда условия благоприятствуют определенной пище, птицы с более подходящими клювами чаще выживают и размножаются, делая эти признаки более распространенными из поколения в поколение.
Выглядит логично
Некоторые исследователи полагают, что случайность мутаций не абсолютна, и важные гены — например, участвующие в репликации ДНК или поддержании базовых клеточных механизмов — защищены от изменений, в то время как гены, которые могут способствовать адаптации, например, усиливающие устойчивость бактерий к антибиотикам или изменяющие размеры клюва, мутируют чаще.
Идея о меньшей подверженности важных генов мутациям выглядит логичной. В самом деле, если вариации в гене могут вызвать серьезный вред или генетическое заболевание, почему бы эволюции не снизить скорость мутирования этого гена? Правда, теоретическое обоснование этой концепции убедительным не назвать. Скорость мутирования генов и так слишком мала, чтобы естественный отбор смог ее еще замедлить. Кроме того, предыдущие исследования могли недооценивать, как часто мутируют важные гены.
«Предполагалось, что естественный отбор будет быстро удалять мутации, когда они возникают в более важных генах, поскольку такие мутации с большей вероятностью вредны для организма. Это может создавать иллюзию, что в важных генах меньше мутаций, тогда как в действительности некоторые мутации просто исчезают до того, как у нас появляется шанс их проанализировать. Их можно назвать "мутациями-призраками"», — объясняет профессор Лоуренс Хёрст, руководивший исследованием.
Авторы взяли данные экспериментов по накоплению мутаций у E. coli и пекарских дрожжей — по утверждению Радриццани, «это самая крупная и самая чистая выборка мутаций, собранная на сегодняшний день» — и сравнили частоту естественных мутаций с теми, что были введены намеренно, например, после удаления важных генов.
Не нашли ничего
«Как бы мы ни анализировали данные — ничего не нашли. Ни у одного из видов эти ключевые гены не имели пониженной частоты мутаций», — подчеркивает генетик.
Изучили и другие факторы, которые могут повлиять на скорость мутаций — например, уровень экспрессии белка геном или его эволюционное прошлое.
«Оказалось, что у генов, производящих больше белка, частота мутаций не отличается. И то, как гены эволюционировали на протяжении тысяч лет, не предсказывает, как часто они мутируют», — уточняет исследовательница.
Единственное, что достоверно установили — гены, копируемые позже в процессе репликации ДНК, как правило, мутируют чаще.
«Частота мутации генов действительно может различаться. Но мы не нашли доказательств эффектов, которые предлагались в качестве вызова традиционной модели. Ни один из них не предсказывал, какие гены будут иметь высокую или низкую частоту мутаций, и уж точно нет оснований для смены парадигмы», — заключил профессор.
