Ar evoliucija yra atsitiktinumų virtinė, ar vis dėlto procesas, neišvengiamai vedantis prie panašių rezultatų? Į šį klausimą biologai mėgina atsakyti jau daugelį metų.
Neseniai Tokijo universiteto mokslininkų komanda paskelbė tyrimą, rodantį, kad evoliucija gali būti kur kas labiau nuspėjama, nei iki šiol manyta, net molekuliniu lygmeniu.
Tyrime, publikuotame „Nature Communications“, buvo nagrinėti baltymai, atsakingi už alkoholio ir aldehido, kenksmingų medžiagų ląstelėms, skaidymą. Iki šiol žinomas pagrindinis šios funkcijos atlikėjas buvo baltymas AdhE, randamas žarnyno bakterijose.
Tačiau mokslininkai atrado ir jo funkcinį antrininką – baltymą BdhE, kuris atlieka tą pačią funkciją, nors kilęs iš visiškai kitokio genetinio pagrindo.
Įspūdingiausia tai, kad šie du baltymai nėra tarpusavyje giminingi, jų aminorūgščių sekos skiriasi daugiau nei 70 proc. Tačiau abi sistemos sprendžia tą pačią problemą identiškai ž jų evoliucijos metu įvyko genų jungimosi procesas, sujungęs du skirtingus fermentus į vieną modulinį įrankį, lyg molekulinį šveicarišką peilį.
Abi molekulės turi vidinį kanalą, leidžiantį tiesiogiai perduoti toksinį aldehidą tarp dviejų reakcijos taškų, taip apsaugant ląstelę nuo pažeidimų. Tai vadinamoji struktūrinė konvergencija, kai skirtingos pradžios medžiagos evoliucionuoja į labai panašius sprendimus.
Evoliucija, veikiama fizikos ir chemijos dėsnių, atrodo, „priversta“ rinktis tą pačią išeitį. Vis dėlto čia nuspėjamumas ir baigiasi. Nors vidinis veikimo principas identiškas, baltymai pasižymi visiškai skirtingomis erdvinėmis formomis.
AdhE sudaro lanksti spiralė, primenanti spyruoklę, o BdhE – tvirtą žiedą. Šie skirtumai gali būti nulemti skirtingos aplinkos, kurioje gyvena bakterijos. Spiralės forma tinkama stabilioms sąlygoms, tokioms kaip žarnynas, kur svarbi fermentų veiklos reguliacija.
Žiedo forma užtikrina didesnį stabilumą kintančiose ir atšiauriose aplinkose, pavyzdžiui, dirvožemyje ar jūrų nuosėdose.
Tyrimas rodo, kad nors pagrindinis evoliucijos sprendimas dažnai būna nulemtas – cheminiai ir biologiniai dėsniai paprasčiausiai nepalieka daug alternatyvų, tačiau forma, organizavimas ir struktūrinės detalės gali labai skirtis.
Jeigu gyvenimas Žemėje prasidėtų iš naujo, kai kurie sprendimai veikiausiai pasikartotų, bet jų įgyvendinimas gali būti visiškai kitoks. Tai, kas atrodo nuspėjama, gali mus dar ne kartą nustebinti.
