Самата еволюция може да еволюира

Животът е успял да се развие на някои невероятно необитаеми места, дори в райони, подложени на бързи екологични промени. Да вземем например микробите – как така тези мънички неща са станали толкова умели в бързото придобиване на резистентност към антибиотици? Вирусните патогени като SARS-CoV-2 и птичия грип (H5N1) са особено забележителни със способността си да се адаптират към промените в имунната система на своите гостоприемници.

„Животът е много, много добър в решаването на проблеми. Ако се огледате наоколо, ще видите, че животът е толкова разнообразен и фактът, че всичкото това разнообразие произлиза от един общ прародител, ми се струва наистина изненадващо“, обяснява в изявление еволюционният биолог Луис Заман, водещ автор на изследването и доцент в Мичиганския университет.

„Защо еволюцията е толкова креативна на пръв поглед? Изглежда, че може би това е нещо, което се е развило от само себе си.“

Въпросът за еволюционната способност на организма е донякъде труден за разглеждане, най-вече защото не е нещо, което е лесно да се измери. Например еволюцията може да е резултат от мутации, които с течение на времето увеличават пригодността на даден вид, предлагайки му по-големи шансове за оцеляване в неговата среда. Но еволюционността не е някакъв конкретен наръч от качества – тя е свързана по-скоро с потенциала на даден вид да придобие конкретни качества в бъдеще.

„Тази насочена към бъдещето характеристика на еволюционността я прави малко спорна“, добави Заман. „Ние смятаме, че тя е важна. Знаем, че се случва. Защо обаче се случва и кога се случва, е нещо, което не ни е толкова ясно. Опитваме се да разберем: Можем ли да видим еволюцията на еволюцията в един по-реалистичен компютърен модел?“

За да проверят, Заман и колегите му използват програма, наречена Avida – платформа целенасочено създадена за симулация на живот за изучаване на еволюционната биология. Тя предлага логически функции, които могат да се опишат като два вида полодове – червени и сини, които могат да бъдат съответно полезни или отровни в зависимост от средата. В една среда червените плодове са полезни, а сините – отровни. В друга – обратното. Така една популация не може да бъде „успешна“ и в двете среди, а само в едната.

След това екипът провежда серия от сценарии и измерва как еволюиращата способност може да се промени в хода на всеки от тях. В един, средата остава постоянна, което означава, че популацията не преминава от ядене на един плод към друг.

При друг сценарий популацията е принудена да преминава от червени към сини плодове. В тази ситуация екипът установява, че популациите са в състояние успешно да преминават напред-назад между различните плодове. По-специално, цикличното преминаване между средите довежда до значително по-голямо увеличение на „мутациите“ в популациите, което им е позволило успешно да превключват между яденето на червени или сини плодове.

Когато изследователите създавали сценарии, които циклично преминават по плодовете, Avida тласка живота в нея към създаване на „мутационни квартали“. Те могат да се разглеждат като пътища от множество гени – и всеки път, когато околната среда се промени, пътищата трябва да се пренастроят, за да се ядат алтернативните плодове.

„Мутационните квартали, които популациите в крайна сметка заемат – откривайки ги в хода на еволюцията – са места, където единични мутации са в състояние да преконфигурират този път“, добавя Заман.

И така, в този контекст „мутациите“ се появяват, когато една от компютърните инструкции (ефективно „гени“) в рамките на програмата (нейния „генетичен път“) се промени. С течение на времето преконфигурирането на пътищата в крайна сметка позволява на популацията от компютърни програми да „еволюира“, така че да може да живее успешно в квартал, където специалистите по червени и сини плодове „живеят в съседство“.

Но до каква степен времето е фактор за тази еволюция? Е, изследователите променят честотата, с която сценариите преминават от една среда в друга – веднъж на 1 поколение, а друг път на 10 поколения и след това на 100 поколения. И откриват, че ако средата се променя твърде бързо, еволюцията не се увеличава. Но и, че дори относително дълъг период от потенциално стотици поколения може да доведе до еволюция и поддържане на еволюционност.

„След като една популация е постигнала тази еволюционност, изглежда, че тя не се заличава от бъдещата еволюция“, каза Заман.

Това предполага, че след като еволюцията се е развила до степен да бъде по-добра в еволюирането, тя вероятно няма да изчезне.