Ученые нашли скрытое правило, определяющее ход эволюции
Эволюция кажется простой: организмы, лучше приспособленные к выживанию и размножению, имеют преимущество. Биологи представляют это как пирамиду, где на вершине — виды в наилучшей форме. Но путей к вершине много, и возникает вопрос: что происходит, когда несколько биологических признаков сочетаются на одном уровне?
Пересмотр традиционных представлений
Традиционно считалось, что в этот момент эволюция протекает случайным образом или нейтрально. Но новое исследование, опубликованное в PNAS, показывает, что это не так. По словам биолога Наамы Бреннер, иногда организмы сталкиваются с несколькими эволюционными траекториями, которые приводят к одинаковому уровню приспособленности. «Это поднимает вопрос, как эволюция выбирает один из путей», — отмечает Бреннер.
В биологии достижение несколькими организмами одинаковых максимумов приспособленности называется вырожденностью. Биологические ландшафты часто сильно вырождены: многие виды совпадают по приспособленности, даже если достигают этого по-разному. Интуитивно можно предположить, что эволюция затем блуждает между этими состояниями. Но исследователи показывают: в целом это не так.
Направленный дрейф
Ученые построили упрощенную математическую модель, чтобы проанализировать, как животные выживают на плоских и вырожденных ландшафтах, учитывая естественный отбор и мутации. Затем использовали прогнозы и моделирование для проверки эволюции сотен поколений. Результат: когда организмы достигали точки максимальной приспособленности, они продолжали двигаться вдоль нее к самой плоской точке. Этот «направленный дрейф» перемещается в районы, где особенности популяции лучше защищены от мутаций и других нарушений.
Эволюционирующие группы могут развить устойчивость и жизнестойкость благодаря этому направленному дрейфу — почти как побочный эффект, без особого эволюционного давления.
Незначительные биологические вариации могут быть важнее, чем считалось ранее, раскрывая основную форму ландшафта приспособленности.
Это перекликается с концепцией «благоприятных для мутаций районов» — более безопасных пространств, где генетические вариации приводят к меньшим затратам на выживание.
Будущие исследования могут связать результаты с системами глубокого обучения. Возможно, потребуется переосмыслить интерпретацию эволюционных изменений, особенно если они кажутся нейтральными. Ранее ученые предложили новую версию появления жизни на Земле.
«Наши результаты показали общий механизм, с помощью которого вырожденность формирует долгосрочные эволюционные результаты, влияя на наше представление о фенотипической изменчивости, устойчивости и нейтральности в многомерных биологических системах», — пишут исследователи.
