Если бы можно было бы перемотать историю жизни, те же разновидности появились бы с теми же наборами черт? Много биологов утверждали, что развитие зависит от слишком многих случайных событий, чтобы быть повторимым. Но новое развитие исследования исследования в трех группах микроскопических червей, включая напряжение, пережившее крушение шаттла Колумбии 2003 года, указывает иначе. Когда поднято в лаборатории при переполненных условиях, все три подверглись тому же изменению в своем развитии путем потери в основном того же гена.
Работа предполагает, что до некоторой степени развитие предсказуемо.Больше чем 50 лет назад исследователи, изучающие основную клеточную биологию, начали разводить крошечного червя почвы, нематод Caenorhabditis elegans. Молодой червь берет один из двух жизненных путей: Или это назревает за 3 дня, воспроизводит и умирает в течение 2 недель, или это входит в состояние приостановленной мультипликации, оставаясь тем, что назвало dauer личинку.
Личинки Dauer не едят, и они могут пережить напряженные окружающие условия в течение многих месяцев прежде превращающийся во взрослых. Как правило, слишком мало еды, неправильная температура или переполненные условия побуждают молодых червей становиться dauer личинками.
Животные знают, что их числа слишком высоки, потому что они могут ощутить химикаты аромата, названные феромонами, испускаемыми их пэрами. Когда существует слишком много феромона, они выбирают dauer маршрут.
Два года назад исследователи заметили, что одно 50-летнее напряжение лаборатории C. elegans больше не следовало за тем образцом. Личинки назрели быстро несмотря на давку, крайне редко войдя в государство dauer. В природе переполненные условия обычно означают, что еда коротка, таким образом, она целесообразна для личинок сидеть на корточках и ждать в течение лучших времен. В лаборатории, однако, где всегда существует много еды, чтобы распространяться вокруг, самые успешные черви – те, которые развиваются, чтобы проигнорировать «слишком переполненный» сигнал и быстро воспроизвести.
Генетик Корнелия Баргман из Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке и ее postdoc Патрика Макграта отследила ключевое изменение мутации, избавившейся от двух генов для определенного типа рецептора феромона. Потеря этих генов задержала воспроизводство, и вернувший любой ген назад червям поторопил их войти во взрослую жизнь. Они нашли, что присутствие или отсутствие генов определили, как быстро черви назрели и воспроизвели.
Удовлетворенный, что они перебирали генетическую причину этого эволюционного изменения, группа Баргмана хотела видеть, было ли то же удаление вовлечено в другие случаи dauer потери при переполненных условиях лаборатории. Напряжение шаттла Колумбии отвечало всем требованиям: При подготовке к экспериментам шаттла биологи вырастили этих червей в высоких удельных весах.
В течение 4 лет черви шаттла прекратили формировать dauer личинки. Как Баргман и ее коллеги сообщают сегодня по своей природе, это напряжение пропускает те же рецепторные гены феромона.
Роя через научную литературу, исследователи нашли различную прирученную лабораторией разновидность нематода, также обошедшую dauer стадию. Эта разновидность, C. briggsae, отделенный от C. elegans 20 миллионов лет назад, достаточно долго назад для генов для различения так, что у червей не было тех же самых рецепторных генов феромона. Тем не менее, группа, о которой сообщают, ген, который был самым близким эквивалентом недостающим генам в двух напряжениях нематода, была также удалена в этих C. briggsae.«Что удивительно мне, то, что стратегии, которые они развили, так подобны, в то время как сами организмы отделялись в течение длительного времени», говорит Джон Кларди, химик в Медицинской школе Гарварда в Бостоне, не вовлеченный в работу.
«Это – удивительное исследование», добавляет Патрик Филлипс, эволюционный генетик в университете Орегона, Юджине, также не вовлеченном в работу. «Можно было бы предсказать, что существует много способов ломать систему», объясняет он. Но только некоторые могут сделать это, не влияя на другие части организма.
Пятьдесят к 100 генам влияют, входит ли червь в государство dauer. В теории удаления на любом из них могли помешать червям становиться dauer личинками. Но многие из этих генов влияют на несколько аспектов развития и физиологии животного, тогда как рецепторы феромона просто ощущают окружающую среду и таким образом могут быть потеряны безопасно, Баргман предлагает. Исследование может указать на «общее правило», добавляет Филлипс: то развитие имеет тенденцию удалять гены, потеря которых не будет иметь эффектов широкого спектра, очень медленно делающая успехи идея.
Другие исследователи раскрыли случаи у дрозофил, cavefish и рыбы колюшки в чем, развитие взяло тот же путь несколько раз. Эта работа является «другим превосходным примером», говорит Принстонский университет эволюционный биолог Дэвид Стерн.
Эти случаи, Баргман говорит, «открывают наши глаза к новому образу мыслей о том, как развитие происходит».