Учеными представлена новая модель эволюции

Одной из самых загадочных вещей об эволюции является то, что на протяжении четырех миллиардов лет она продолжается. Ученые пытались моделировать эту эволюционную динамику в лаборатории, например, с помощью молекулярных систем, которые изменяются с течением времени, но большинство из этих моделей в конечном итоге генерировало одиночные доминирующие виды, а затем заходило в тупик.

До сих пор не было четкого представления о том, как и почему эволюция продолжает генерировать новые виды. Однако на днях немецкие специалисты представили теоретическую и экспериментальную модель эволюции, которая продолжается без конца, даже при неизменных внешних условиях. Модель может помочь ученым лучше понять, как продолжает развиваться биосфера на протяжении миллиардов лет. Ученые Университета Саар в Саарбрюккене попытались учесть необходимые условия беспрерывной эволюции, в частности, сосуществование видов, каждый из которых имеет конечное время жизни.

Однако данная молекулярная система дала понимание механизмов видообразования, в частности, появление и исчезновение ниш. Новая модель эволюции основана на поведении линейных полимеров ДНК различной длины, причем длина полимера определяет его «вид». Полимеры могут размножаться (создание полимеров одинаковой длины) и соединяются вместе с помощью фермента ДНК-лигазы (создание более длинных полимеров, которые являются новыми видами). В своих экспериментах исследователи начали с полимеров длиной 10 или 20 пар оснований. 

Подвергая их воздействию температурных изменений, что способствовало размножению и связыванию с другими полимерами, исследователи обнаружили, что начали появляться полимеры различной длины. В новой модели различные виды (длина полимера) появляются на некоторое время, а затем «вымирают». Новые виды занимают свое место, но нет постоянных доминирующих видов. 

Результаты показали, что эволюция видов зависит от механизма роста. В тех ситуациях, в которых преобладает механизм лигирования, генерируются все возможные длины полимера генерируются (все кратные 20, начиная с длиной 20, например, 40, 60, 80, и 100 пар оснований и выше). Но когда доминирует воспроизведение, появляются только определенные длины (в частности, длины 10, 20, 40, 80 или 160 пар оснований), причем только в течение ограниченного периода времени. 

Каждая длина полимера следует образцу «поведения», когда ее численность растет экспоненциально, затем наступает плато, и, наконец, происходит снижение, после чего начинают появляться новые длины полимеров. Эта эволюция полимеров различной длины имеет сходство с дарвиновской. Как объясняют исследователи, динамика всей системы выбирает частности, новые виды (длина полимера) таким образом, позволяющие им наиболее эффективно развиваться в существующей ситуации. 

Каждый раз система нейтрализует господство каких-либо видов путем создания новых, которые используют ситуацию в свою пользу. Ученые считают, что создали модель системы, которая показывает динамический механизм, отражающий существенные черты теории эволюции Дарвина. В этой динамической системе производятся только определенные типы молекулярных репродукторов: те, которые получают наибольшую отдачу от той или иной ситуации, однако, эти новые «виды» не доминируют из-за появления все новых и новых других видов.