Evoliucija dažnai aiškinama kaip procesas, kuriame organizmai, geriau prisitaikę išgyventi ir daugintis, palaipsniui išstumia kitus. Tačiau naujas tyrimas rodo, kad net ir tada, kai keli evoliuciniai keliai suteikia tą patį prisitaikymo lygį, pokyčiai gali vykti ne atsitiktinai.
Tyrimas, publikuotas Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), nagrinėja vadinamąjį prisitaikymo kraštovaizdį, kai populiacijos „kopia“ į prisitaikymo viršūnes. Iki šiol daug kur buvo laikomasi prielaidos, kad pasiekus vienodą naudą suteikiančią „plokštumą“, tolesni pokyčiai daugiausia būna neutralūs.
Evoliucija ant „plokštumos“
Biologijoje dažna situacija, kai skirtingi požymių deriniai suteikia panašų išgyvenimo ir dauginimosi potencialą, vadinama degeneracija. Tai reiškia, kad kelios skirtingos formos ar strategijos gali būti vienodai sėkmingos, nors į tą patį rezultatą ateina skirtingais keliais.
Izraelio Techniono instituto mokslininkai sukūrė supaprastintą matematinį modelį ir atliko simuliacijas, įtraukdami natūralios atrankos ir mutacijų poveikį. Jų rezultatai parodė, kad net ir vienodo prisitaikymo „plokštumoje“ populiacijos gali judėti kryptingai.
Kryptingas dreifas ir atsparumas
Autoriai šį reiškinį apibūdina kaip kryptingą dreifą: populiacijos juda link „plokštesnių“ kraštovaizdžio sričių, kuriose požymiai yra atsparesni mutacijoms ir atsitiktiniams sutrikimams. Kitaip tariant, net jei tiesioginio prisitaikymo pranašumo nėra, ilgainiui gali būti „pasirenkami“ stabilesni sprendiniai.
„Kai skirtingi keliai suteikia vienodą prisitaikymą, pasirinkimas tarp jų nėra atsitiktinis“, – sakė biologė Naama Brenner, pristatydama tyrimo idėją.
Mokslininkų teigimu, toks mechanizmas gali padėti paaiškinti, kaip evoliucijoje atsiranda atsparumas ir stabilumas net be aiškios kryptingos atrankos konkrečiam požymiui. Tai ypač aktualu kalbant apie sudėtingas sistemas, kur daug požymių tarpusavyje sąveikauja, o vien „naudingumo“ kriterijus ne visada leidžia numatyti, kas įsitvirtins ilguoju laikotarpiu.
Ką tai keičia evoliucijos aiškinime
Tyrimas siūlo atsargiau vertinti situacijas, kurios anksčiau būdavo laikomos neutralios evoliucijos pavyzdžiais. Jei kryptis atsiranda dėl kraštovaizdžio geometrijos ir populiacijos kintamumo sąveikos, tuomet net „neutralūs“ pokyčiai gali turėti paslėptą tendenciją vesti link didesnio atsparumo.
Autoriai taip pat pabrėžia, kad nedideli fenotipiniai skirtumai gali būti informatyvesni, nei manyta, nes gali atskleisti, kokiu keliu populiacija judėjo evoliucinėje istorijoje. Kitas žingsnis, kaip nurodoma, yra panašius modelius sieti su sudėtingesniais organizmais ir realių ekosistemų duomenimis, kur kintamumas ir aplinkos poveikis yra dar įvairesni.
Tyrimo išvados taip pat įdomios platesniame kontekste, nes panašus „polinkis“ į stabilesnius sprendinius aptariamas ir skaičiavimo moksluose, įskaitant kai kurių DI sistemų mokymo dinamiką. Vis dėlto patys autoriai pabrėžia, kad dabar svarbiausia yra patikrinti, kiek šis efektas pasireiškia natūraliose populiacijose už modelių ribų.
Tyrimas publikuotas Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).