Недавнє дослідження ставить під сумнів давно усталену думку, про те, що еволюція — непередбачуваний процес. Зокрема, у ньому виявляється передбачуваний аспект, пов’язаний із генетичною історією організмів. Це дослідження відкриває нові перспективи у таких галузях, як синтетична біологія, медицина та екологія.
Еволюція, яка тривалий час сприймалася як хаотичний процес, тепер піддається потенційній науковій переоцінці. Нещодавнє дослідження вчених з Ноттінгемського університету та Університету Ноттінгем Трент, опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ставить під сумнів це уявлення про випадковість.
Воно передбачає, що генетична історія організму може грати визначальну роль в його еволюції, відкриваючи нові перспективи нашому розумінні еволюційної біології. Вона також відкриває перспективні шляхи для практичного застосування, зокрема для розробки цільових методів лікування та стратегій збереження біорізноманіття, а також проливає нове світло на реакцію видів на зміну навколишнього середовища.
Нове розуміння еволюції
Нове дослідження передбачає, що еволюційний шлях геному — це не просто результат випадковості чи природного відбору, що він може сильно впливати на його власну генетичну історію. Це означає, що мутації та адаптації більше не є непередбачуваними подіями. Виявивши закономірності та тенденції в геномній еволюції, дослідники змогли продемонструвати, що деякі аспекти еволюції можна передбачити залежно від генетичних характеристик, успадкованих організмом.
Щоб зробити такий висновок, команда використовувала машинне навчання, зокрема алгоритм Random Forest. Ця модель, відома своєю здатністю керувати великими масивами даних і витягувати їх значні закономірності, було застосовано до аналізу 2500 повних геномів однієї з видів бактерій. Аналіз виявив складні закономірності взаємодії між генами. Наприклад, деякі сімейства генів, мабуть, ніколи не співіснують, тоді як інші тісно пов’язані один з одним, і їхній прояв залежить від присутності інших сімейств.
Це відкриття вказує на те, що еволюція — структурований процес, в якому взаємодія та генетичний фон відіграють вирішальну роль. Професор Джеймс Макінерні, провідний автор дослідження, сказав у прес-релізі:
Практичне застосування та медичні наслідки
Стійкість до антибіотиків є серйозною проблемою для охорони здоров’я, що посилюється надмірним і недоцільним використанням цих ліків. Традиційний підхід до боротьби з цією резистентністю полягає у розробці нових антибіотиків чи модифікації існуючих. Однак це відкриття може призвести до появи інноваційної стратегії: завдяки розумінню генетичних залежностей стає можливим впливати не лише на ген, відповідальний за стійкість до антибіотиків, а й на гени, що її підтримують. Такий комплексний підхід дозволить розробити більш ефективні стратегії щодо запобігання або обігу цієї стійкості, що зробить лікування антибіотиками більш ефективним і стійким.
Крім того, здатність передбачати генетичні взаємодії відкриває шлях до цілеспрямованішого лікування, що враховує індивідуальні особливості людини. Таким чином, вчені зможуть брати до уваги саму хворобу та те, як кожен пацієнт може реагувати на різні методи лікування. Це призведе до зменшення побічних ефектів та підвищення ефективності лікування. Зрештою, такий підхід дозволить розробляти персоналізовані вакцини з урахуванням індивідуальних генетичних особливостей, забезпечуючи ефективніший захист від різних захворювань.
Наслідки для навколишнього середовища та біорізноманіття
Боротьба зі зміною клімату потребує інноваційних рішень, і результати дослідження пропонують багатообіцяючий шлях вперед. Розуміючи закономірності генетичної взаємодії, вчені можуть розробляти мікроорганізми, спеціально пристосовані на вирішення найважливіших екологічних завдань.
Генетично модифіковані бактерії або водорості можуть бути розроблені для більш ефективного уловлювання вуглекислого газу з атмосфери або розкладання певних забруднюючих речовин. Такий підхід може перетворити природні процеси на потужні інструменти для пом’якшення наслідків зміни клімату. Крім того, ці організми можуть бути створені для виживання за умов, де традиційні методи неефективні.
Це дослідження також робить значний внесок у наше розуміння біорізноманіття. Визнавши, що еволюція йде за закономірностями, на які впливає генетична історія, вчені можуть краще передбачити, як розвиватимуться види у відповідь на зміну навколишнього середовища. Така перспектива дозволяє точніше передбачати еволюційні траєкторії, що дуже важливо задля збереження видів.
Розуміння того, як певні види можуть адаптуватися до зміни довкілля або нових екологічних стресів, дозволяє зробити зусилля щодо збереження видів більш цілеспрямованими та ефективними. Цей підхід також може допомогти виявити види, найбільш уразливі до зміни клімату, що дозволить вжити превентивних заходів щодо захисту біорізноманіття.