Multe mutații nu afectează starea de sănătate a organismului și, prin urmare, se pot acumula în mod pasiv în bazinul genetic, formând o rezervă de "variabilitate ascunsă". Se presupune că variabilitatea latentă ajută populația să supraviețuiască unei schimbări în mediul înconjurător, deoarece unele dintre mutațiile "inutile" acumulate pot fi utile în noul mediu. Biologii elvețieni au reușit să confirme această ipoteză în experimente cu molecule de ARN, evoluând in vitro. Populațiile moleculelor cărora li sa dat posibilitatea de a acumula "variabilitate ascunsă" s-au adaptat la noul mediu mai bine și mai repede decât populațiile de control fără o variabilitate ascunsă.
Se presupune că variabilitatea latentă poate juca un rol important în evoluție, ajutând populațiile să se adapteze la noi condiții. Unele mutații, care au fost neutre în condițiile anterioare, pot fi utile în schimbarea mediului. Cu cât mai multe astfel de mutații s-au acumulat în grupul genetic al populației, cu atât sunt mai mari șansele ca cel puțin unele dintre acestea să fie "utile" în noile condiții.
Acest lucru a fost făcut de biochimistul elvețian care au ales ca subiecți de testare nu sunt cu adevărat organisme vii, iar sistemul cvasi-vie creatură - reproducție populație de ribozomi (molecule de ARN cu proprietăți catalitice).
Cercetătorii s-au așteptat ca, pentru 10 generații de astfel de vieți, populația să dobândească o rezervă semnificativă de variabilitate latentă. Ribozimele vor muta, mutațiile dăunătoare vor fi eliminate prin selecție, iar cele neutre se vor acumula. Se știe că ribozima originală Azo se descurcă cu funcția sa într-o gamă largă de condiții (de exemplu, poate rezista încălzirii la 80 ° C). Acest lucru indică o "imunitate ridicată" a ribozomului și ne permite să sperăm că se va dovedi a fi la fel de tolerantă la mutații ca și la săriturile de temperatură.
Speranța a fost justificată: ambele populații pentru 10 generații au acumulat o cantitate echitabilă de mutații. Moleculele initiale, non-mutante, de tip "sălbatic", aproape au dispărut. Majoritatea persoanelor fizice au fost diferite de ribozimele originale cu trei până la șase mutații.
Modul de acid nucleic modificat cu fosforotioați în loc de fosfați. Imagine de la genelink.com
Adaptabilitatea populațiilor A și B (adică activitatea lor catalitică medie) sa practic nu sa schimbat în 10 generații. Ei nu au făcut față funcției lor mai bine decât ribozima Azo originală. Aparent, Azo a fost deja optim optimizat pentru a îndeplini această funcție și, prin urmare, pentru 10 generații, populațiile în evoluție nu au putut "găsi" o astfel de mutație care ar face și mai eficientă tăierea substratului. Niciuna dintre mutațiile care au apărut nu a fost utilă și nu a fost susținută de selecția de conducere. Astfel, pentru zece generații a acționat numai selecția de purificare, care a respins mutațiile "dăunătoare" și a ignorat neutru, permițându-le pasiv să se acumuleze.
Acum a fost posibil să verificăm cel mai important lucru: se va acumula variabilitatea ascunsă pentru a se adapta la noile condiții. "Noile condiții" au constat în faptul că cercetătorii au înlocuit substratul. In schimb au propus ribozomi oligonucleotide standard, un derivat al acestuia, în care unul dintre resturile de acid fosforic (localizate doar la punctul în care lanțul de tăiere trebuie ribozimă, ARN) a fost înlocuit cu fosforotioat. Ribozimul "sălbatic" Azo se confruntă cu un astfel de substrat, dar cu mare dificultate (cu eficiență scăzută).
După schimbarea substratului, experimentul evolutiv a continuat pentru încă 8 generații, dar acum nu a implicat decât două, ci trei populații. La ultimele 10 generații de evoluție artificială, liniile A și B au adăugat oa treia linie de control, constând din ribozime de tip "sălbatic" (WT) și fără o rezervă de variabilitate latentă.
Toate cele trei populații pentru 8 generații, într-un grad sau altul, "adaptate" la un nou substrat, adică au început să o taie mai eficient decât la început. Cu toate acestea, populațiile A și B au fost ajustate mai rapid și au obținut o eficiență mai mare decât linia WT (a se vedea figura).
Adaptarea populațiilor A (cercuri roșii), B (albastru) și WT (negru) la un nou substrat. Pe axa orizontală - generație, pe verticală - fitness, măsurată prin proporția de ribozime, care a reușit să taie substratul. Figura din articolul discutat în Nature
Ribozimă Azo *. după cum demonstrează experimentele viitoare, taie într-adevăr un nou substrat cu eficiență foarte mare. În ceea ce privește ribozimul Azo Δ, în forma sa pură, spre uimirea oamenilor de știință, nu a putut să facă față substratului nou. Sa dovedit că acesta este un fel de "cuier" de ribozime: se taie perfect un substrat nou numai în prezența altor ribozime (de exemplu, originalul sau Azo *). Probabil, alte ribozyme îi ajută cumva să se încurce în configurația corectă tridimensională. Situații similare au fost deja înregistrate în experimentele cu ribozime.
În ceea ce privește linia WT, în ea, pentru 8 generații, mutanții de înaltă performanță comparabili cu Azo * sau Azo Δ nu au apărut.
Studiul a demonstrat clar utilitatea potențială a variabilității latente pentru adaptarea rapidă la noile condiții. Pentru a se acumula variabilitatea ascunsă, organismele în evoluție trebuie să fie rezistente la zgomot. Dacă ribozimul inițial nu avea această proprietate, marea majoritate a mutațiilor ar fi dăunătoare pentru acesta în condiții normale. O selecție de curățare le-ar fi prosternat fără milă și dacă condițiile s-ar schimba în populație, nu ar exista persoane "pre-adaptate" la un nou substrat.
Dar nu am putut prinde un moment din articol. De ce două tulpini de laborator timp de 10 generații au reușit să acumuleze bagajele mutații neutre necesare și linia generație sălbatică a evoluției sale sălbatice nu a reușit să acumuleze mutații neutre astfel de bagaj, care ar contribui, de asemenea, ei să se adapteze mai repede la noul substrat?
P.S. Apropo, în opinia mea, discuția despre partea de gunoi a ADN-ului nu a venit în zadar. La urma urmei, pare destul de natural să presupunem că molecula are o cantitate limitată de bagaje de mutații neutre. Excesul său devine nociv în mod necondiționat, ceea ce conduce la faptul că unele dintre mutațiile neutre încep să se manifeste un caracter de conducere, ca rezultat fie că dispăreau din populație, fie că intrau în categoria celor necesare.
Deci, pe baza acestei ipoteze. ceea ce ne face să credem că linia sălbatică nu avea bagajele de mutații neutre și în două linii de laborator au acumulat brusc?
Cel mai probabil din cauza faptului că au fost testate doar 3 linii, a fost întâmplător ca laboratorul să se adapteze mai repede și mai bine. Dar toate ar putea fi și dimpotrivă. Pentru un răspuns corect sunt necesare sute de linii de laborator și sute de sălbatice.
In schimb au propus ribozomi oligonucleotide standard, un derivat al acestuia, în care unul dintre resturile de acid fosforic (localizate doar la punctul în care lanțul de tăiere trebuie ribozimă, ARN) a fost înlocuit cu fosforotioat. Ribozimul "sălbatic" Azo se confruntă cu un astfel de substrat, dar cu mare dificultate (cu eficiență scăzută).
----------------------------------------------------------
Mai mult, în diagrama care arată gradul de fitness, se poate observa că tipul "sălbatic" al WT nu este mult mai mic decât A (0,24 și 0,265 undeva) și B (0,24 și 0,29). Care sunt noile condiții atunci?
Am fost înșelat, de fapt, articolul implicit: deoarece ribozimul deja sălbatic se descurcă cu un astfel de substrat nou cu dificultate și
-------------------------------------
"Adaptabilitatea populațiilor A și B (adică activitatea lor catalitică medie) pentru aproape 10 generații nu sa schimbat practic. Ei nu au făcut față funcției lor mai bine decât ribozimele originale ale lui Azo.
--------------------------------------------------
Aceasta și A și B ar trebui să facă față cu substratul cu dificultate.
Graficul arată că A și B încep cu un handicap, adică A și B au acumulat mutații pozitive. Și diferența dintre B și WT este egală cu 40% din diferența de fitness în cele din urmă. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, practic, toate distincția finală între A și WT și o proporție semnificativă a diferenței dintre B și WT au format din cauza căderii a doua doar generație WT și această picătură de a doua generație de 8 generații de cele trei ribozime au avut cele mai semnificative și mai bătut , au contribuit semnificativ la diferențele rezultate, împreună cu diferite condiții de pornire.
Și de ce numai 8 generații, și mai mult. Se observă că WT c 5 la 8 generație depășește A și B în termeni de creștere a capacității de fitness.