Найважливішою метою генетики та еволюції є передбачення наслідків мутацій, які можуть відбутися в майбутньому, і висновок про наслідки тих, які відбулися в минулому. Щоб зробити ці прогнози, вчені зазвичай припускають, що ефекти мутації, перевірені в сьогоденні, застосовні до минулих і майбутніх версій одного і того ж гена.
Це припущення виявляється невірним для більшості мутацій, показує нове дослідження вчених Чиказького університету. Об'єднавши передові методи експериментальної біохімії та еволюційну реконструкцію стародавніх білків, дослідження безпосередньо виміряло, як ефекти кожної можливої мутації в біологічно важливому гені змінювалися протягом 700 мільйонів років еволюції.
У міру розвитку гена ефекти більшості мутацій постійно і випадковим чином змінювалися, часто переходячи від дуже шкідливих до несуттєвих або навпаки.
Цей постійний дрейф унеможливлює надійне передбачення ефектів більшості мутацій у майбутньому або в минулому.
Отримані дані також передбачають, що потенційна доля мутації в ході еволюції визначається не тільки природним відбором, але і певним набором випадкових подій, які відбулися в ході історії гена.
Ці події визначають ефект, який кожна мутація надає в кожен момент часу, і, отже, ймовірність того, що вона буде включена в ген в ході еволюції.
«Багато хто думає, що природний відбір оптимізував всі наші гени, щоб вони виконували свою роботу найкращим чином», - сказав Джозеф Торнтон, професор екології, еволюції та генетики людини і старший автор дослідження.
«Наші результати показують, що сучасні гени є результатом певного каскаду випадкових, але послідовних випадкових подій, кожна з яких визначає наступні кроки, які еволюція може зробити в будь-який момент історії».
Практична користь від роботи групи полягає в тому, що вона дає вченим можливість кількісно оцінити майбутню непередбачуваність за допомогою експериментів. Джозеф Торнтон навів як приклад SARS-CoV2.
«Постійно з'являються нові варіанти вірусу, і ми хотіли б передбачити, чи можуть вони бути небезпечними або чи стануть небезпечними з подальшими мутаціями», - сказав Торнтон. "Наші результати означають, що глибоке мутаційне сканування однієї версії вірусу не може дати надійних прогнозів, оскільки вірус поступово відходить від цієї старої версії.
Але якщо у нас є серія цих експериментів з вірусом у часі, ми будемо знати, наскільки ймовірна зміна ефекту кожної окремої мутації протягом заданого періоду еволюційного часу. Це означає, що ми можемо точно висловити, наскільки впевнені ми можемо бути, коли пророкуємо ефект будь-якої конкретної мутації в будь-якому майбутньому вірусі ".
Дослідження було опубліковано в журналі Science.
