В появлении новых вирусов виноваты их же жертвы
Движущей силой эволюции является в первую очередь взаимодействие между видами, а не давление со стороны окружающей среды. По крайней мере, в случае с формированием новых штаммов вирусов все обстоит именно так. Этот вывод может пригодится не только биологам, но и медикам.
Эксперимент, описанный в журнале Nature, провели биологи из Великобритании. Исследователи взяли культуру бактерий Pseudomonas fluorescens и вирус-бактериофаг Ф2, который заражал бактериальные клетки. Естественно, часть бактерий со временем вырабатывала защиту против вируса, а вирусы, в свою очередь, мутировали и давали новые штаммы. Неожиданностью для ученых стало то, что скорость эволюции вируса оказалась значительно выше там, где ему приходилось постоянно сталкивается с изменениями в защитных системах бактерий.
До этого, как говорит Стив Патерсон, один из авторов работы, биологи предполагали, что чаще всего основной движущей силой эволюции является приспособление к среде и что скорость эволюции вирусов не зависит от того, насколько успешно сопротивляются заражению ими клетки. Но там, где способность бактерий вырабатывать новые защитные механизмы была искусственным образом подавлена, вирусы менялись медленнее, а получаемое к концу эксперимента число различных штаммов оказывалось существенно меньше. Иными словами, в появлении новых вирусов оказались «виноваты» их жертвы!
Эволюция. Воспроизведено в пробирке.
Раньше, на заре эволюционной теории, биологам удавалось наблюдать лишь результаты процесса, проходившего на протяжении сотен тысяч, а то и миллионов лет. Чарльза Дарвина, например, на создание его теории подтолкнуло разнообразие видов птиц на Галапагосских островах, которые он посетил им во время кругосветной экспедиции на исследовательском корабле «Бигль». Наблюдение за живыми организмами позволила прийти к выводу о том, что новые виды возникают в результате естественного отбора. Но временные и пространственные машстабы эволюции, казалось бы, исключали всякую возможность эксперимента, воспроизведения эволюции в лаборатории.
Даже появление «суперкрыс» в Великобритании, когда зоологи обнаружили грызунов, устойчивых к широко распространенной отраве, тоже все-таки не было экспериментом. Чтобы исследовать эволюцию в строго контролируемых условиях, ни крысы, ни какие-либо еще животные не годились. Первый масштабный эксперимент был начат в 1980-х годах на бактериях.
Этот опыт, в котором ученые в течение двадцати лет проследили за 40 тысячами «поколений» кишечной палочки, дал достаточно материала для нескольких научных работ и позволил узнать, что формирование новых признаков у организма все-таки происходит. Начиная с определенного поколения бактерии начинали усваивать ранее «несъедобное» для них вещество, а строгость условий опыта позволила проследить за мутациями, приведшими к появлению новой способности — про этот эксперимент GZT.RU писал в 2009 году.
Бактерии быстро делятся, сравнительно просто содержатся в больших количествах (грамм обычного «живого» йогурта, к примеру, содержит десять миллионов бактерий), их можно замораживать и размораживать — чем не идеальный объект для исследований? Отчасти тем, что бактерия в питательной среде является очень грубым подобием реальной экосистемы, в которой практически всегда больше одного вида.
Сила конкуренции
Если бактерии живут на питательном растворе, то их естественный отбор может идти только за счет эффективности усвоения «подножного корма». Кто полнее всего перерабатывает доступные ресурсы и быстрее всех делится — тот в итоге и доминирует, именно это видели исследователи, ставившие многолетний опыт с кишечной палочкой.
Но в реальных условиях так не бывает: наряду с питательной средой у организма есть и противники. Заяц, который может обходится одним куском древесной коры в сутки, но который бегает со скоростью два километра в час — попросту будет съеден. Равно как и быстро бегающий, но нуждающийся в утроенном количестве пищи, вряд ли сможет выжить в голодный период. Конкуренция накладывает дополнительные ограничения, поддерживает баланс между различными направлениями развития… но насколько велик ее вклад?
Поставленный эксперимент позволил дать ответ. Ученые взяли вирусы и бактерии, «ссадили» их вместе и далее поделили их на две группы: в одной бактерии каждый день заменялись на свежие, а в другой оставались «потомки» тех, которые были изначально. Там, где бактерии не меняли, шла постоянная борьба вирусов с защитными системами бактериальных клеток, а вот где клетки каждый раз обновляли — там, по сути, никакой эволюции у бактерий происходить не могло, вирусы все 24 дня атаковали одинаковые клетки.
И, как уже было сказано выше, постоянное соседство с изменяющимися бактериями способствовало и ускорению эволюционного процесса у самих вирусов. Причем, что особенно интересно, биологи смогли даже подсчитать конкретное число мутаций: 23 в «совместной» и 11 в «одиночной» группе. Более чем двукратная разница!
Но и это еще не все. Генетический анализ вирусов показал также, что в «совместной» группе сформировалось шесть разных штаммов, которые, по сути, могли стать основой для новых видов вируса. Какой из этого вывод сделают медики, изучающие, к примеру, адаптацию вируса гриппа к изменчивости человеческого иммунитета — пока неясно, но, возможно, результат работы британских биологов заинтересует не только специалистов по эволюционной теории.
