Новое исследование раскрывает удивительный феномен, наблюдаемый у диких томатов на Галапагосских островах. Ученые обнаружили, что эти растения могут служить живым примером процесса, который иногда называют деволюцией, — восстановления признаков, утраченных в ходе миллионов лет эволюции.
Химическая защита пасленовых
Растения из семейства пасленовых, к которому относятся томаты, картофель и баклажаны, вырабатывают особые токсичные соединения — стероидные гликоалкалоиды (СГА). Эти вещества служат естественной защитой от вредителей и болезней. Ключевую роль в их синтезе играет белок GAME8, который может существовать в двух зеркальных формах, различающихся по так называемой позиции C25: 25R и 25S.
Эволюционный сдвиг и неожиданный поворот
Изучая историю томатов, исследователи установили, что изначально фермент GAME8 производил соединения типа 25R. Эта древняя форма до сих пор характерна для баклажанов. Однако в процессе эволюции томатов и картофеля ген GAME8 мутировал, что привело к доминированию формы 25S. Этот переход позволил растениям лучше адаптироваться и усилить свою химическую защиту.
Ситуация на Галапагосских островах оказалась иной. Местный дикий томат Solanum cheesmaniae демонстрирует признаки возврата к древней, считавшейся утраченной, форме защиты — 25R. Эта тенденция особенно ярко выражена у растений, произрастающих на более молодых западных островах архипелага.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
Генетический анализ показал, что возврат к старой форме связан с мутациями в гене GAME8, которые фактически восстанавливают его изначальную функцию. В одних популяциях для этого достаточно замены всего одной аминокислоты, в других — требуется замена трех, что почти полностью возвращает фермент к его предковому состоянию.
Геология и биология: неожиданная связь
«Это не то, чего мы обычно ожидаем», — прокомментировал ведущий автор исследования, молекулярный биохимик Адам Йозвиак. — «Но вот оно: это явление происходит в реальном времени на вулканическом острове».
Ученые обнаружили четкую корреляцию между химическим составом защитных веществ и геологическим возрастом островов. На старых восточных островах томаты производят почти исключительно «современную» форму 25S. В то же время на молодых западных островах преобладает древняя форма 25R. Это указывает на то, что местные условия — будь то состав почвы, климат или наличие специфических вредителей — способствуют возрождению древнего защитного механизма.
Споры вокруг деволюции
Некоторые ученые относятся к концепции «деволюции» скептически, апеллируя к закону Долло, который утверждает, что сложные эволюционные признаки, будучи утраченными, не могут быть восстановлены в точности. Скептики полагают, что наблюдаемые изменения — это скорее реактивация «спящих» генетических программ, а не истинное возрождение утраченного. Однако Йозвиак и его коллеги настаивают, что в случае с галапагосскими томатами мы видим именно возврат к предковому состоянию.
Практическое значение и новые вопросы
Эксперименты подтвердили, что идентифицированные мутации в гене GAME8 напрямую приводят к синтезу формы 25R, раскрывая молекулярную основу этого процесса. Это открытие бросает вызов традиционным взглядам на эволюцию как на однонаправленное движение к большей сложности и специализации.
Исследование имеет и практическое значение для сельского хозяйства. Понимание того, как ферменты контролируют химическую защиту растений, может помочь в выведении культур, более устойчивых к вредителям и болезням. Кроме того, работа поднимает важные вопросы о том, могут ли другие виды использовать схожие генетические механизмы для быстрой адаптации к стремительным изменениям окружающей среды, включая последствия изменения климата.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.