Эволюционная лестница должна подниматься по одной ступеньке за раз, при этом организм теряет некоторые черты и приобретает другие по пути наверх. Однако, в очень удивительном повороте событий, некоторые помидоры на Галапагосских островах медленно спускаются по лестнице.
Когда исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде (UC Riverside) обнаружили растения, тянущиеся назад, они изучали урожай на Галапагосских островах, пытаясь понять роль алкалоидов в их структуре. Культуры, принадлежащие к семейству пасленовых, такие как картофель, баклажаны и томаты, производят эти горькие на вкус молекулы, чтобы помочь отразить хищничество грибков, насекомых и других животных. Однако слишком большое количество алкалоидов может сделать растение токсичным для человека.
«Наша группа усердно работала над тем, чтобы охарактеризовать этапы синтеза алкалоидов, чтобы мы могли попытаться контролировать его», — сказал Адам Йозвиак, молекулярный биохимик из Калифорнийского университета в Риверсайде и ведущий автор исследования.
Они наткнулись на нечто, бросающее вызов широко распространенному мнению о том, что, хотя некоторые организмы и могут восстанавливать старые черты в процессе эволюции, они делают это не совсем теми же генетическими путями.
Они обнаружили партию растений томата на геологически новых западных островах Галапагосских островов, которые вырабатывали токсичную смесь алкалоидов, идентичную той, что вырабатывали родственники баклажана, существовавшие миллионы лет назад. Однако растения томата на более старых восточных островах вырабатывали ту же смесь алкалоидов, что и современные культивируемые томаты.
Погрузившись глубже, исследователи обнаружили, что причина, по которой западные растения вырабатывали древнюю смесь алкалоидов, была связана с изменением четырех аминокислот в одном из ферментов растений. Это изменение, которое, по их мнению, было вызвано, вероятно, более суровыми условиями, обнаруженными на западных островах, изменило расположение молекулярной структуры алкалоида, сделав его более токсичным.
Чтобы проверить это открытие, они вызвали те же изменения в растениях табака, которые также совершили эволюционный разворот и начали выделять старые алкалоиды.
Затем команда использовала ДНК современных растений томата, чтобы провести эксперимент по моделированию, чтобы показать, как это было до того, как эволюционировало. Конечно же, когда модель запустилась, она показала, что древние растения в точности соответствовали профилю растений, найденных на современных западных Галапагосских островах.
Хотя концепция обратной эволюции является спорной, Йозвиак утверждает, что их выводы указывают именно на это: томаты сделали шаг назад во времени, чтобы воспроизводить те же самые соединения тем же самым способом, что и их древние родственники.
«Некоторые люди в это не верят», — сказал Йозвиак. «Но генетические и химические доказательства указывают на возврат к предковому состоянию. Механизм есть. Это произошло».
Йозвиак говорит, что результаты могут заставить ученых переосмыслить эволюцию как более текучий и менее линейный процесс и, возможно, даже принять идею о том, что такой процесс может происходить у людей, если их среда обитания достаточно изменится. Он также говорит, что работа его команды может открыть дверь новому типу генной инженерии.
«Если изменить всего несколько аминокислот, можно получить совершенно другую молекулу», — заключил он. «Эти знания могут помочь нам разрабатывать новые лекарства, разрабатывать более высокую устойчивость к вредителям или даже производить менее токсичные продукты. Но сначала мы должны понять, как это делает природа. Это исследование — один шаг к этому».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
