Ewolucja nie jest dziełem przypadku? Naukowcy odkryli pewien wzór
Najnowsze badania wykazały, że ewolucja może nie być tak nieprzewidywalna, jak do tej pory sądzono. Podważa to ugruntowane przekonanie, jakoby ewolucja zdeterminowana była czynnikami i wypadkami historycznymi. Okazuje się, że na ewolucyjną trajektorię genomu może wpływać ukryty ekosystem.
Badania nad genami
Profesor James McInerney i dr Alan Beavan ze Szkoły Nauk Przyrodniczych na Uniwersytecie w Nottingham oraz dr Maria Rosa Domingo-Sananes z Nottingham Trent University odkryli pewną prawidłowość w ewolucyjnym łańcuchu genowym. Artykuł na ten temat został opublikowany w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Nowe badanie wykazało, że ewolucja jest w pewnym stopniu przewidywalna. Jest to przełomowe odkrycie ze względu na to, że mogłoby to pozwolić naukowcom zbadać, które geny mogą być przydatne. Dotyczy to przede wszystkim tych, które mogłyby rozwiązać rzeczywiste problemy, jak oporność na antybiotyki, podatność na choroby czy przystosowanie do zmian klimatycznych.
Konsekwencje tych badań są po prostu rewolucyjne. Pokazując, że ewolucja nie jest tak przypadkowa, jak kiedyś sądzono, otworzyliśmy drzwi do szeregu możliwości w biologii syntetycznej, medycynie i naukach o środowisku.
Ewolucyjna prawidłowość
Zespół przeprowadził badania pangenomu, czyli pełnego zestawu genów w obrębie danego gatunku. Chcieli przede wszystkim uzyskać odpowiedź na pytanie, czy ewolucję można przewidzieć, czy jednak ścieżki ewolucyjne genomu podlegają jedynie przypadkowi i wypadkom historycznym.
Wszystko było możliwe dzięki rozwojowi technologii. Wykorzystując algorytm uczenia maszynowego znany jako Random Forest oraz zbiór danych obejmujący 2500 kompletnych genomów jednego gatunku bakterii udało się dopowiedzieć na to kluczowe pytanie.
Przetwarzanie komputerowe danych zajęło kilkaset tysięcy godzin. Po wprowadzeniu danych do wysokowydajnego komputera zespołowi udało się utworzyć „rodziny genów” z każdego genu każdego genomu.
Rodziny genów kluczem do zrozumienia ewolucji
Następnie naukowcy porównali podobieństwa w genomach i udało im się zidentyfikować i przeanalizować wzór obecności tych rodzin w niektórych genomach oraz ich braku w innych. Udało im się odkryć tajemniczy ekosystem, gdzie jedne geny mogą ze sobą współpracować, inne pozostawać w konflikcie.
Odkryliśmy, że niektóre rodziny genów nigdy nie pojawiały się w genomie, gdy istniała już tam konkretna inna rodzina genów, a w innych przypadkach niektóre geny były w dużym stopniu zależne od obecności innej rodziny genów. Te interakcje między genami sprawiają, że pewne aspekty ewolucji są w pewnym stopniu przewidywalne, a ponadto mamy teraz narzędzie, które pozwala nam na dokonywanie takich przewidywań.
Ta praca pomoże zidentyfikować geny odpowiedzialne na przykład za podtrzymywanie oporności na antybiotyki. Wiedze tę można wykorzystać również do syntezy nowych rodzajów konstruktów genetycznych. Pozwoliłoby to na opracowanie nowych leków bądź szczepionek.
