Charles Darwin je zasnovao svoju teoriju prirodnog odabira nakon što je shvatio da su genetske varijacije među organizmima ključ evolucije.
Neke su individue bolje prilagođene danim okolišima od drugih, što im povećava šanse preživljavanja i prenošenja njihovih gena na buduće generacije. No zapravo kako točno priroda stvara te varijacije još uvijek predstavlja djelomičnu zagonetku evolucijskim biolozima. Sada, Joanna Masel, izvanredna profesorica na UA-ovom odjelu za ekologiju i evolucijsku biologiju te postdoktorand Etienne Rajon otkrili da načini pomoću kojih se organizmi nose s greškama koje nastaju za vrijeme interpretacije genetskog koda u njihovim stanicama uvelike utječu na njihovu sposobnost prilagodbe novim uvjetima u okolišu – drugim riječima, na njihovu sposobnost evolucije. “Evoluciji treba igralište kako bi isprobala neke stvari.” rekla je Masel. “To je slično konkurentom poslovanju: novi proizvodi i ideje moraju se testirati kako bi se provjerilo hoće li preživjeti izazov.” Otkrića su sažeta u radu objavljenom u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.
U prirodi, ispostavlja se, mnoga nova svojstva, koja na primjer omogućuju svojim nositeljima da osvoje nova staništa, počinju kao pogreške: greške napravljene u stanicama koje rezultiraju izmijenjenim proteinima s promijenjenim svojstvima ili funkcijama koje su posve nove, čak i onda kada je sve u redu sa samim genom. Nakon nekog vremena, jedna od ovih grešaka može ući u gen i postati trajnija. “Ako je mehanizam koji interpretira genetske informacije u potpunosti nepogrešiv, organizmi će ostati nepromijenjeni cijelo vrijeme i neće se moći prilagoditi novim situacijama ili promjenama u njihovom okolišu.” izjavila je Masel, koja je također i članica UA-ovog BIO5 Instituta.
Živa bića su suočena s dvjema opcijama nošenja s opasnostima koje donose te greške, napisali su Masel i Rajon. Jedna je prvenstveno izbjegavanje počinjavanja pogrešaka, na primjer posjedovanjem korekturnog mehanizma koji uočava i popravlja greške kako one nailaze. Autori to zovu globalno rješenje, jer nije specifično za neku posebnu grešku nego nadzire cijeli proces. Alternativa je dopustiti greškama da se dogode, ali razviti otpornost na učinak svake od njih. Masel i Rajon zovu ovo strategija lokalnog rješenja, jer u nedostatku globalnog korekturnog mehanizma zahtjeva od organizma da bude otporan na na apsolutno svaku grešku koja iskoči. “Otkrili smo da će iznimno male populacije razviti globalno rješenje, dok će velike populacije razviti lokalna rješenja.” dodala je Masel. “Populacije realne veličine mogu otići u bilo kojem smjeru, ali će gravitirati k jednom ili drugom rješenju. No kad se jednom priklone rijetko mijenjaju način nošenja s greškama, čak i tijekom vremena evolucije.” Pomoću svega što se zna o kvascu, popularnom organizmu u osnovnim biološkim istraživanjima, Masel i Rajon su formulirali matematički model i proveli kompjuterske simulacije genetskih promjena u populacijama. Izbjegavanje ili popravljanje grešaka dolazi sa cijenom, istaknuli su. Da ne dolazi, organizmi bi evoluirali skoro bez greške kod prevođenja genetske informacije u proteine. Umjesto toga, postoji kompromis između cijene održavanja proteina bez grešaka i rizika dozvoljavanja potencijalno štetnih grešaka.
U prijašnjim radovima, Maselina grupa je predstavila ideju varijacije unutar populacije koja proizvodi “čudovišta s budućnosti ili bez nje” – organizme s genetskim promjenama čije posljedice mogu biti većinom bezopasne ili smrtonosne, no rijetko kada između toga. U najnovijem radu, Masel i Rajon izlažu da prirodne varijacije dolaze u dvije skupine: regularne varijacije, koje su općenito većinom loše jer su šanse za genetsku mutaciju koja može dovesti do nečeg korisnog ili boljeg jako male te kriptične varijacije koje su manje smrtonosne i većinom su bezopasne. Stoga, kako kriptične varijacije djeluju i zašto su tako važne za razumijevanje evolucije?
Dozvoljavanjem pojavljivanja određenog broja grešaka umjesto ispravljanja globalnim korekturnim mehanizmom, organizmi dobivaju prednost onoga što Masel zove predselekcija: ona daje priliku za djelovanje prirodne selekcije na sekvence prije no što dođe do mutacije. “Postoje dokazi da sekvence gena nepoznate uloge prevode u proteine.” objasnila je Masel. “barem povremeno.” “Kada su proteini dovoljno loši, sekvence koje ih proizvode se ne moraju odabrati. Na primjer, ako zamislimo protein s izmijenjenom sekvencom amino kiseline koja uzrokuje da se protein ne savija kako treba i nagomilava se usred stanice, to bi bilo vrlo pogubno za organizam.” “U ovom slučaju krivo savijenog proteina, selekcija će dati prednost mutacijama koje uzrokuju da se genetska sekvenca ne prevodi u protein ili će dati prednost sekvencama u kojima je promijenjeno da čak i ako protein nastane slučajno, promijenjena sekvenca bi bila bezopasna.”
“Predodabir stavlja tu kriptičnu varijaciju u stanje pripravnosti.” dodala je Masel. “Možemo gledati na lokalna rješenja kao prirodni odabir koji se odvija iza zavjese i daje varijacije koje mogu biti katastrofalne ili obogaćuje one koje su samo malo loše ili čak bezopasne.” “Što god da ostane od procesa predodabira mora biti dobro.” istaknula je. “Stoga, populacije koje se oslanjaju na ovu strategiju imaju veću sposobnost evolucije kao odgovora na nove izazove. S previše korektura do predodabira ne može doći.” “Većina populacija je relativno dobro prilagođena i s evolucijskog gledišta ne profitiraju od puno varijacija. Posjedovanje varijacije u kriptičnom obliku zaobilazi to jer organizmi ne plaćaju veliku cijenu za to, ali je još uvijek imaju ako im ikada zatreba.” Prema Masel, proučavanje kako priroda stvara inovacije sadrži odgovore i za ljudsko društvo. “Otkrili smo da biologija ima pametno rješenje. Dozvoljava cvjetanje mnogim idejama, ali samo u kriptičnom obliku i čak i kad je kriptičan, uništava najgore ideje. To je iznimno moćna i uspješna strategija. Smatram da bi tvrtke, vlade i ekonomija općenito mogli puno naučiti kako njegovati inovacije pomoću shvaćanja kako funkcioniraju biološke inovacije.”
Izvor: University of Arizona
