Вредные мутации в геноме усиливают влияние друг друга

В Science вышла важная статья, затрагивающая самые фундаментальные вопросы эволюционной биологии. Среди авторов - несколько ведущих российских эволюционистов. По моей просьбе один из авторов, Ольга Вахрушева, написала новость для "Элементов", за что ей большое спасибо.

Вредные мутации в геноме усиливают влияние друг друга

Международная группа, включающая ученых из России, США и Голландии, показала, что влияние вредных мутаций на приспособленность зависит от присутствия в геноме других вредных мутаций. Оказалось, что чем больше вредных мутаций уже присутствует в геноме, тем вреднее последующие мутации. Такое взаимодействие между мутациями позволяет отрицательному отбору эффективнее удалять вредные аллели из популяции. Эти результаты могут отчасти объяснить, почему популяции живых существ не вымирают, несмотря на высокую скорость возникновения вредных генетических изменений.

Читать полностью






График, показывающий зависимость падения приспособленности от количества вредных мутаций в геноме в отсутствие взаимодействий между мутациями (a) и в случае разных сценариев взаимодействия между мутациями: мутации усиливают влияние друг друга (b, c); мутации ослабляют влияние друг друга (d). Рисунок из статьи A. S. Kondrashov, 1988. Deleterious mutations and the evolution of sexual reproduction

***

Для тех, кто прочел. Естественно, возникает вопрос: а почему, собственно, вредные мутации имеют тенденцию усиливать вредное влияние друг друга? Я имею в виду не молекулярные механизмы эпистаза, а общие принципы. Можно предложить два соображения:

1) Многие функциональные системы организма имеют большой запас прочности, обеспечиваемый в том числе дублированием функций и отрицательными обратными связями, поддерживающими гомеостаз. Поэтому какое-то количество нарушений (в том числе мутационных) система может выдержать, не сильно теряя функциональность. Но любому запасу прочности есть предел, и в какой-то момент система начинает "сыпаться", и приспособленность падает резко.

2) Внутривидовая конкуренция как основной фактор, определяющий шансы на выживание/размножение. Представьте себе такую крайнюю ситуацию: на некой территории есть место ровно для 100 гнездовых участков. Весной прилетают самцы и начинают состязаться друг с другом. В итоге участки достаются 100 самым сильным и здоровым самцам, и только они оставляют потомство. В такой ситуации не столь важно, насколько вы вообще сильны, а важно лишь, попадаете ли вы в верхнюю сотню. Пока вы в нее попадаете, ваши вредные мутации не снижают или очень слабо снижают вашу  приспособленность. В этом случае как раз и будет наблюдаться "синергический эпистаз" вредных мутаций: по мере роста их числа в геноме приспособленность сначала будет снижаться медленно, а потом резко обрушится.

Из второго механизма вытекает проверяемое следствие: у K-стратегов, у видов с дорогостоящей заботой о потомстве, для которых внутривидовая конкуренция наиболее актуальна, должны быть более явные следы взаимного усиления вредных мутаций в геноме, чем у r-стратегов, мечущих миллион икринок, у которых шансы на выживание и размножение определяются более случайностью, абиотическими факторами и т.п., и в меньшей степени - конкуренцией с конспецификами.

Какие еще могут причины (общего характера) у взаимного усиления вредных мутаций? This entry was originally posted at http://macroevolution.dreamwidth.org/235528.html. Please comment there using OpenID.