16.09.2013

Благоприятные признаки не всегда задерживаются в популяции

Более 90 лет назад известный британский биолог Дж. Б. С. Холдейн высказал предположение, что индивидуальные польза и вред от мутации могут не очень сильно отличаться друг от друга на уровне популяции в целом, — а из этого, в частности, следовало, что судьбу нового аллеля (варианта гена) предсказать нельзя, и, даже увеличивая шансы индивидуума выжить и оставить потомство, в большинстве случаев он может просто исчезнуть из популяции. Эта теория вошла в популяционную генетику; исследования, посвящённые адаптации видов к новым условиям, основываются именно на таком поведении аллелей. Однако экспериментальных доказательств тому до сих пор не было.

Такой эксперимент удалось поставить учёным из Института Гюльбенкяна (Португалия). Иво Чело и его коллеги использовали нематоду Caenorhabditis elegans, которая, во-первых, размножается преимущественно самооплодотворением, то есть судьбу того или иного аллеля в некоторых условиях очень легко проследить, а во-вторых, размножается она очень быстро, что позволяет проследить судьбу аллеля на протяжении нескольких поколений.

Для начала исследователи отбирали особей с одной и той же благоприятной или неблагоприятной мутацией (с благоприятным или неблагоприятным вариантом аллеля) и две или пять из них запускали в популяцию «обычных» червей. Как и ожидалось, чем больше «продвинутых» особей оказывалось в популяции, тем меньше оказывалась вероятность исчезновения благоприятного аллеля. И для вредной мутации вероятность её вычищения из популяции была, разумеется, выше.

Однако это вовсе не означало, что благоприятная мутация в популяции обладала безоговорочным преимуществом и становилась доминирующей: как пишут исследователи в Nature Communications, на протяжении поколений менее приспособленные особи встречались в популяции с высокой частотой, причём она была тем выше, чем меньше популяция. То есть на первой фазе своего появления благоприятный признак и неблагоприятный были до какой-то степени равны между собой, как и предсказывает теория Холдейна: «плюс» для популяции может быть неотличим от «минуса». То есть благоприятность у признака никто не оспаривает, и особи с ним чаще выживают и лучше размножаются, но из такой благоприятности не следует обязательная фиксация такого признака в популяции — как и из неблагоприятности не следует обязательное вымывание признака, по крайне мере на начальных этапах его становления.

Затем учёные попробовали оценить вероятность того, что благоприятный признак попадёт ко всем особям в популяции. Для этого они повторили первоначальный эксперимент со «вторжением аллеля», но во второй раз число вброшенных нематод с благоприятным признаком было уже намного выше — как если бы благоприятный признак уже закрепился в популяции. И тут обнаружилось, что судьба аллеля, будь он благоприятным или неблагоприятным, зависит от его частоты.

Если эта частота превышала 5%, то он воспринимался популяцией как вредоносный и вымывался. Если же его частота была ниже 5%, аллель расценивался как полезный. И это не зависело от того, каким он был на уровне индивидуума, вредил ему или приносил пользу.

То есть генетическое разнообразие популяции представало динамической системой, в которой нельзя было точно предугадать судьбу того или иного аллеля, и уж подавно нельзя было рассчитывать на то, что тот или иной аллель захватит всю популяцию. Скорее всего, как говорит Иво Чело, взаимоотношения между индивидуумами и средой настолько разнообразны, что нельзя по индивидуальной пользе мутации судить о её выгоде для всей популяции, особенно на протяжении нескольких поколений.

Почему так происходит, исследователям ещё предстоит выяснить, пока они лишь экспериментально подтвердили известную гипотезу популяционной биологии. Кроме того, не стоит забывать, что эксперименты ставились на самооплодотворяющихся червях, то есть возможность обмена аллелями и их комбинация с другими при половом процессе в исследовании не рассматривалась.

Подготовлено по материалам Института Гюльбенкяна. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru