Может ли в эволюции «плюс» на «плюс» дать «минус»?

Благоприятные мутации, сочетаясь в одном организме, могут настолько не «дружить» между собой, что замедляется эволюционное развитие вида. Законы эволюции проще всего изучать на бактериях: они быстро размножаются, и за короткое время можно увидеть, как — спустя тысячу поколений — повлияла та или иная мутация на выживаемость популяции, иначе говоря, как подействовал естественный отбор. В случае тех же бактерий есть один очевидный критерий положительного или отрицательного влияния мутации на выживание организма — то, с какой скоростью разрастается колония. Так можно оценить эффект от любой отдельно взятой мутации. Но что происходит, когда в одной бактерии встречаются сразу две мутации?
Исследователям давно известен парадокс: при эволюционных экспериментах первоначальное быстрое развитие бактериальной колонии впоследствии затормаживается, и неясно, то ли крупные положительные мутации происходят в начале, а потом имеют место лишь мелкие усовершенствования, то ли мутации просто подавляют друг друга, хотя по отдельности они могут быть «хорошими». Чтобы прояснить этот вопрос, международная команда учёных предприняла масштабный эксперимент, в котором пять разных (находящихся в разных генах) положительных мутаций были скомбинированы попарно в 32 сочетаниях, и каждый из получившихся 32 штаммов кишечной палочки Escherichia coli выращивали на протяжении нескольких тысяч поколений.

Исследования E. coli, особенно касающиеся мутационных процессов, приобретают сейчас особую остроту в связи с «огуречной эпидемией». Электронная микрофотография «нормальной» кишечной E. coli. (Изображение Eye of Science.

Предыдущие эксперименты, имевшие ту же цель, рассматривали парные мутации, которые происходили в одном и том же гене. Некоторые сочетания повышали продуктивность колонии намного сильнее, чем это делала каждая из них по отдельности. Другие сочетания благоприятных мутаций вызывали гибель бактерий. От мутаций, расположенных на разных генах, ожидали чего-то похожего. Но получившиеся результаты прогнозов не оправдали.

Как пишут исследователи в журнале Science, только одна из пяти мутаций делала бактериальный штамм «лучше выживающим» вне зависимости от того, кто доставался ей в «напарницы». Все прочие пары взаимно подавляли положительные эффекты друг друга, то есть по отдельности для бактерии они оказывались более полезными, чем вместе; образно говоря, целое было даже меньше суммы частей. Наблюдался, как говорят генетики, взаимный эпистаз.

К такому же выводу независимо пришла другая группа учёных, представляющих Гарвардский университет (США): она ставила похожий эксперимент на Methylobacterium extorquens, питающейся метанолом, и совмещение благоприятных по отдельности мутаций не повышало выживаемость штамма до ожидаемого уровня. Итоги работы этого коллектива представлены в том же журнале.

Общий вывод, который можно сделать по следам этих исследований, таков: для эволюции «слишком хорошо тоже не хорошо», и плюс на плюс не обязательно равен ещё большему плюсу. Некоторые критики заметили, что оба эксперимента выполнялись в постоянных, устойчивых условиях, которых в реальной жизни не найти, и что взаимодействие мутировавших генов может быть даже сверхположительным в постоянно изменяющейся среде. Тем не менее работы добавляют интригу в такую, по сути, ещё мало исследованную область, как взаимодействие генов, особенно в её эволюционном аспекте.