Теория эволюции Дарвина ввела концепцию «выживания наиболее приспособленных». В каждом поколении отбираются «наиболее приспособленные» люди, и это основная сила, формирующая биологический мир, который мы видим сегодня.
Выбор может объяснить, почему гепард быстро бегает — быстро бегающие гепарды ловят еду, чтобы накормить своих детенышей. Те, кто не бегает быстро, получают меньше еды, и меньше детенышей выживают.
Со временем эволюция делает выбор против гепардов, которые не могут бегать достаточно быстро. Но насколько быстро это достаточно быстро и должна ли быть большая разница, прежде чем выбор станет эффективным? Этот вопрос задали два исследователя из Упсальского университета, аспирант Геррит Брандис и профессор Диармайд Хьюз.
Брэндис и Хьюз использовали сальмонеллу (бактерию, вызывающую инфекции у людей и животных), чтобы измерить силу отбора и выбрать наиболее приспособленных людей.
Сальмонелла похожа на животных, таких как гепарды, в том смысле, что она конкурирует за пищу и находится под интенсивным отбором, чтобы использовать эту пищу для роста так же быстро или быстрее, чем любые другие особи в той же среде. Evolution выбирает самые подходящие варианты.
Чтобы расти, бактерии, как и все живые организмы, должны преобразовывать свой генетический код в аминокислоты, которые соединяются вместе, чтобы образовать белки. Скорость перевода определяет, насколько быстро сальмонелла может расти.
Перевод — один из самых древних процессов в биологии, который на Земле находился в процессе отбора на протяжении миллиардов лет.
Генетический код имеет «избыточность», что означает, что существует несколько разных «кодонов», которые могут быть переведены в любую одну аминокислоту.
Для некоторых аминокислот можно использовать до 6 различных кодонов. Брэндис и Хьюз спросили, имеет ли значение, какие именно кодоны использовались для создания EF-Tu, одного из наиболее важных белков сальмонеллы.
Брэндис и Хьюз изменили множество различных кодонов и показали, что замена даже одного кодона в гене этого белка на любой из альтернативных «синонимичных» кодонов снижает «приспособленность» сальмонелл.
Кодоны, которые на самом деле используются сальмонеллой, являются лучшими, и любое изменение снижает приспособленность бактерий.
Брэндис и Хьюз количественно оценили стоимость изменения кодонов в этом гене. В среднем изменение одного кодона снижает приспособленность бактерий на 0.01 процент на поколение. Это крошечное изменение приспособленности достаточно велико для эволюции, чтобы выбрать «наиболее подходящую» последовательность ДНК и вызывает так называемую «систематическую ошибку использования кодонов» — широкое использование определенных кодонов для получения высокоэкспрессированных белков.
Предвзятость в использовании кодонов обнаруживается почти у всех быстрорастущих организмов, включая бактерии и дрожжи, вызывающие инфекции у людей. Эволюция сформировала свой механизм перевода таким образом, чтобы он мог развиваться как можно быстрее и эффективнее — не обязательно хорошо для нас, но полезно для выживания бактерий и дрожжей.
— Сообщение состоит в том, что эволюция, работающая в очень длительных временных масштабах (сотни миллионов лет), может выбирать крошечные различия в относительной приспособленности, как маленькие, так и меньшие, чем 0.01процент на сальмонеллу на поколение, говорит Диармайд Хьюз.