Эволюция повернуть вспять не может

Белки, выполняющие жизненно важную функцию в организме, не могут естественным путем вернуться к тому виду, в каком они существовали у наших далеких предков. Заодно ученые поняли, почему люди не идеальны.

Вопрос, обратима ли эволюция, волнует ученых очень давно. Если обратима, то по законам термодинамики ее ход полностью предопределен внешними факторами и она будет приводить к оптимальному результату. Если же необратима, то в гипотетических многократных экспериментах с одинаковыми начальными условиями при зарождении жизни на Земле процесс протекал бы с разным результатом. Нельзя сказать насколько, но с разным. И идеальным результат такого процесса не будет.

Один белок развенчал венец эволюции

Биохимики из университета Орегона (University of Oregon) всесторонне изучили один из рецепторов глюкокортикоидов, прошедший долгий эволюционный путь. Для своего исследования они взяли рецептор в надпочечниках, участвующий в реакции организма на стресс. Белок AncGR 2 появился у рыб, пытавшихся штурмовать сушу, а вот его предшественником 40 млн лет назад был другой белок -- AncGR 1, работа которого была построена по несколько другому химическому принципу.

Работа предстояла немалая. Во-первых -- попытаться смоделировать древний рецептор исходя из останков. Во-вторых -- установить пространственное строение обоих белков, что для органических молекул не так просто и требует длительных рентгеновских опытов и сложной компьютерной обработки. В-третьих -- с помощью компьютерного моделирования определить, каким путем проходила трансформация белка к его нынешнему состоянию. В общем, работа требовала огромного объема ручного и компьютерного труда.

Семь случайностей 

После расчетов выяснилось, что за промежуток в 40 млн лет в рецепторе произошло 37 мутаций, которые в том числе предопределили выход животных на сушу. Затем ученые установили химические процессы, благодаря которым этот процесс прошел. И запустили все реакции в обратную сторону.

Когда ретросинтез завершился, исследователей ждал неприятный сюрприз. Новый старый белок не функционировал -- он просто имел другую пространственную структуру. То есть вся цепочка в обратном направлении давала другой продукт, более химически выгодный.

Сами исследователи предполагают, что закономерности для других белков аналогичны. Если это так, то можно с уверенностью говорить о том, что эволюционный процесс подчиняется более сложной логике, чем термодинамическая выгода. И самое главное, не всегда приводит к идеальному результату. Зато наконец-то решится вопрос, почему люди не идеальны: во всем виноваты слабые физико-химические взаимодействия в биомолекулах, каждый раз задающие уникальные направления развития как самой системы, так и организма в целом.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature.