Strona główna > biologia, ewolucja, nauka > Ewolucja krok po kroku

Ewolucja krok po kroku

W Nature ukazał się pewien ciekawy artykuł (pdf). Opisuje on kilka przykładów ostatnich prac, w których bada się ewolucję (np. białek) tworząc „ogniwa pośrednie” w laboratorium i sprawdzając krok po kroku, które ścieżki ewolucji są najsensowniejsze. Mapę tych dróg można nanieść na „krajobraz dostosowania, czyli graficzne przedstawienie zależności genotyp-dostosowanie w formie gór i dolin, gdzie góry reprezentują wyższe dostosowanie. Zatem populacja ewoluując wspina się coraz wyżej. Cytowane prace próbują opisać te drogi i określić, czy wiodły one prosto pod górę, czy też były bardziej skomplikowane.

Jak to wygląda w przypadku ewolucji enzymów? Przykładem może być ewolucja oporności na pewne antybiotyki. Wystąpienie razem pewnych pięciu punktowych mutacji genu kodującego ß-laktamazę powoduje, że oporność na cefotaksim wzrasta 100 000 razy. Zatem jeśli mutacje zdarzały się jedna po drugiej, teoretycznie mogło zaistnieć 120 różnych dróg ewolucji tego enzymu. Okazało się jednak, że niektóre kombinacje są mało prawodopodobne, bo niewłaściwa kolejność zachodzenia mutacji powoduje np. spadek oporności na antybiotyk, albo nic nie zmienia (rys. 1b i 1c). Takie zjawisko – kiedy fenotypowe konsekwencje mutacji zależą od genetycznego tła, czyli od innych genów – nazywa się epistaza. Istnieje tylko 18 kombinacji, w których każda kolejna mutacja zwiększa dostosowanie (rys. 1a). Przykładowo jedna z mutacji pojawiając się jako pierwsza zwiększa oporność bakterii na antybiotyk przez przyspieszenie działania enzymu, równocześnie zmniejszając stabilność białka. Druga mutacja przywraca stabilność, zatem oporność wzrasta. Ale jeśli kolejność się odwróci, to sama „stabilizacja” białka powoduje zmniejszenie oporności bakterii na antybiotyk.

312_97_f4.jpeg

A kiedy bada się interakcje między cząsteczkami, które są ze sobą ściśle związane, jak np. receptory i rozpoznawane przez nie ligandy? Jeden z przytoczonych przykładów to badania nad rozpoznawaniem hormonów przez receptory steroidowe u kręgowców lądowych. Receptory mineralokortykoidowy (MR) i glukokortykoidowy (GR) powstały przez duplikację genu. GR rozpoznaje kortyzol, ale jest niewrażliwy na aldosteron. MR rozpoznaje aldosteron, ale jest też wrażliwy na kortyzol. Oba receptory można aktywować za pomocą 11-deoksykortykosteronu (DOC). Wiadomo też, że aldosteron wyewoluował znacznie później, niż pozostałe ligandy, i niż jego receptor. Zatem jak to przebiegało? Na podstawie sekwencji receptorów kortykoidowych u różnych stworzeń naukowcy odtworzyli przodka tych receptorów (AncCR) i zbadali jego wrażliwość na trzy hormony. Okazało się, że odpowiada na wszystkie. Najprawdopodobniejszy scenariusz wygląda zatem tak (rys. B): przodek kręgowców nie robił aldosteronu (ale używał innych kortykosteroidów – najprawdopodobniej DOC), jednak jego pojedynczy receptor miał powinowactwo i do kortyzolu, i do aldosteronu. Po duplikacji genu kodującego receptor rozpoczęła się odrębna ewolucja receptorów GR i MR. Dwie mutacje spowodowały, że GR przestał być wrażliwy na aldosteron. Rys C pokazuje, jak te mutacje w zależności od kolejności wpływają na wrażliwość receptora na ligandy (aldosteron – zielony, DOC – niebieski, kortyzol – czerwony), zatem możliwa jest tylko jedna droga ewolucji, która nie likwiduje funkcjonalności receptora. A wtedy mutacja w 11ß-hydroksylazie cytochromu P-450 umożliwiła syntezę aldosteronu, który pasował jak ulał do gotowego receptora MR wrażliwego na DOC.

Takie badania pokazują, jak zapewne zachodziła ewolucja cząsteczek krok po kroku, dostarczając dowodów na to, że istnieją ścieżki, na których każda kolejna mutacja może być pozytywna i zwiększać dostosowanie. To właśnie spowodowało, że artykuł ten skrytykował jeden z bardziej znanych amerykańskich kreacjonistów. Co go tak zdenerwowało? Mike ma pewną teorię. Otóż ten kreacjonista to ten sam człowiek, który w słynnym procesie Kitzmiller vs Dover (o usunięcie z podręczników wzmianki o Inteligentnym Projekcie jako niezgodnej z Konstytucją) powiedział, że przekonać go do teorii ewolucji mogą analizy krok po kroku, mutacja po mutacji, informacje na temat ich wartości selekcyjnej, istnienia (lub nie) szkodliwych efektów, wielkości populacji, itp. I wygląda na to, że – choć mówił wtedy o układzie immunologicznym – to naukowcy zaczynają udzielać takich odpowiedzi w odniesieniu do prostszych systemów. Więc może zaczął się bać, że za kilka lat będzie musiał zmienić zdanie?

Kategorie:biologia, ewolucja, nauka
  1. Brak komentarzy.
  1. Wrzesień 25, 2007 o 3:38 pm

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d bloggers like this: