Парадокс эволюции: израильские ученые объяснили, как организмы меняют форму, даже сохраняя ДНК

Ученые из Хайфского Техниона раскрыли молекулярный механизм, позволяющий организмам менять форму, несмотря на системы в ДНК, защищающие гены от мутаций.

Утрата морфологических признаков, таких как конечности у змей или глаза у пещерных рыб, часто происходит не из-за исчезновения самих генов, а из-за перемен в их регуляции. Развитие органов контролируется энхансерами – участками ДНК, которые активируют гены в строго определенное время. Многие важные гены обладают избыточной системой регуляции: несколько энхансеров дублируют функции друг друга. Если один из них повреждается, остальные компенсируют потерю, обеспечивая устойчивость системы. Возникает парадокс: если генетический механизм так надежно защищен от изменений, как эволюции удается трансформировать внешний вид живых существ?

Ученые изучили личинок мух Drosophila sechellia, которые в ходе эволюции утратили волоски на теле. За этот признак отвечает ген shavenbaby, защищенный сразу несколькими энхансерами. Исследование показало, что, несмотря на кажущуюся неуязвимость, сразу четыре регуляторных элемента этого гена утратили активность. Оказалось, что каждый из них "вышел из строя" по своему уникальному сценарию: из-за удаления важных последовательностей нуклеотидов, потерю связей с белками-активаторами или приобретение репрессоров, подавляющих работу гена. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Ученые показали, что избыточность системы защиты не только обеспечивает стабильность, но и создает множество точек уязвимости. Эволюция не ищет один универсальный путь, а использует любые доступные молекулярные поломки для достижения результата. Стабильность не является преградой для изменчивости, так как природа находит разнообразные способы обойти защитные барьеры.

Соавтор работы доктор Элла Прегер-Бен-Нун поясняет суть открытия: "Наши результаты показывают, что один и тот же эволюционный результат может быть достигнут множеством путей. Наличие нескольких энхансеров, хотя они и способствуют стабильной экспрессии генов, также создает уязвимые места для мутаций".