Два вида круглых червей, чьи пути разошлись 20 млн лет назад, через 50 лет жизни в лабораторных условиях утратили одни и те же гены, несмотря на миллионы лет независимой эволюции.
Взрослая нематода Caenorhabditis elegans и личинки, вылупляющиеся из яиц (фото Sinclair Stammers).
Что будет, если заново запустить эволюцию с самого начала: получатся ли те же самые виды, что и сейчас, или нет? Вопрос, который, казалось бы, может иметь только теоретический ответ, и большинство исследователей считает, что эволюция слишком зависит от случайных событий, чтобы её можно было предсказать, распланировать и воспроизвести.
Тем не менее результаты работы учёных из Рокфеллеровского университета (США) до некоторой степени опровергают такую точку зрения.
Исследователи изучали нематоду Caenorhabditis elegans, более полувека являющуюся одним из самых популярных модельных объектов в молекулярной и клеточной биологии. Жизненный цикл нематоды осуществляется двумя путями. Либо личинка взрослеет за три дня, после превращения во взрослую особь размножается и через две недели естественным путём погибает, либо развитие червя тормозится, и он входит в стадию «спящей личинки». В этом состоянии нематода может просуществовать без пищи несколько месяцев, пережидая неблагоприятные условия вроде изменений температуры или истощения пищевых ресурсов. Последнее может наступить, например, из-за перенаселения, и у C. elegans есть специальные рецепторы для распознавания феромонов, которые сам же червь и выделяет. Если количество феромонов вокруг зашкаливает, развитие переключается на долгий путь, через стадию «спящей личинки».
Пару лет назад учёные заметили, что лабораторные C. elegans почти утратили способность впадать в личиночную спячку. Даже в условиях перенаселения нематоды продолжали превращаться во взрослых червей через три дня. Очевидно, в лабораторных условиях даже очень большому количеству нематод нет смысла беспокоиться о пище. Поэтому за 50 лет безбедной «научной» жизни вид разучился впадать в спячку, вызванную перенаселённостью.
Исследователям удалось найти два гена, которые имели отношение к рецептору пресловутого феромона: мутации в них привели к неспособности червей впадать в личиночную спячку. Для сравнения были проанализированы гены другого штамма C. elegans, который готовили к полёту в космос, специально выращивая в культуре с высокой плотностью особей. За четыре года червь-«космонавт» утратил альтернативную стадию «спящей личинки» — из-за мутации в тех же генах, что и его штамм-собрат.
Затем исследователи взяли уже не другой штамм C. elegans, а другой вид нематод — C. briggsae. Он также используется в лабораторных экспериментах, но от стандартного C. elegans его отделяют миллионы лет независимой эволюции (пути двух видов разошлись 20 млн лет назад). Предположительно, их гены должны были успеть довольно сильно измениться. Но оказалось, что у C. briggsae стадию спящей личинки выключили примерно те же мутации, что и у другого вида. Рецептор феромона находился у него под контролем весьма близких генов, хотя и не идентичных C. elegans.
Иными словами, в течение 20 млн лет оба вида эволюционировали довольно сходным образом, и по изменениям в одном можно предсказать изменения, которые произошли — или произойдут — у родственного ему. Стадию «спящей личинки» у нематод контролируют до сотни генов; теоретически выключение любого из них может привести к её исчезновению. Но многие из этих генов влияют на целый ряд биохимических и физиологических процессов, в то время как гены рецепторов феромона больше ничем в принципе не заняты и могут быть безболезненно выключены.
Исследователи называют это общим правилом эволюции: чем меньше функций у гена, тем больше вероятность его исчезновения из генома. Они убеждены, что это правило можно распространить на все живые организмы, хотя, чтобы убедить в своей правоте научное сообщество, придётся проделать ещё множество экспериментов.
