Дослідники з Інституту Френсіса Кріка досягли значних успіхів у розумінні того, як еволюціонують генетичні мережі для створення різноманітних патернів розвитку у різних видів. Робота команди, очолювана доктором Зеною Хадживасіліу, керівником Лабораторії математичної та фізичної біології, опублікована в журналі PRX Life, проливає світло на складні механізми, що лежать в основі еволюційних змін.
Дослідження заглиблюється в еволюцію генно-регуляторних мереж, які керують розвитком клітин. Шляхом моделювання цих мереж вчені виявили конкретні мутації, які можуть призвести до нових патернів, таких як поява вічкових плям на крилах метеликів. Їхні висновки свідчать про те, що хоча незначні коригування можуть точно налаштувати існуючі патерни, значні інновації вимагають суттєвих змін у генетичній мережі. Це узгоджується з дослідженнями, які показують, що поява нових складних ознак, таких як вічка метеликів, часто відбувається шляхом перепрофілювання вже існуючих генних мереж, які раніше використовувалися для інших складних ознак, таких як антени та кінцівки.
Доктор Хадживасіліу підкреслила важливість цього дослідження для розуміння передбачуваності еволюційних результатів. «Наша модель робить успіхи у поясненні того, як невеликі, здавалося б, незначні події в еволюційній історії можуть мати тривалий вплив на розвиток та різноманітність форм тварин», — зазначила вона. Це перегукується з думкою про те, що еволюція може бути не повністю випадковою, а певною мірою передбачуваною, залежно від архітектури генної мережі та впливу мутацій.
Перший автор дослідження, доктор Гаррі Бут, математик і комп'ютерний науковець з Інституту Кріка, використав масштабні комп'ютерні симуляції для моделювання еволюції генних мереж. Запустивши понад 100 000 симуляцій, команда змогла побудувати статистичну картину того, як еволюція зазвичай відбувається в пошуках нових патернів. Доктор Бут зазначив: «Коли ви досягаєте такого масштабу, усі випадкові особливості еволюції починають зникати, і те, що залишається, представляє загальні властивості цих типів процесів». Його робота, зокрема, досліджує, як архітектура генної мережі, мутації та відбір колективно впливають на еволюційну здатність та передбачуваність розвитку патернів.
Дослідження також виявило, що хоча невеликі зміни можуть тонко налаштовувати існуючі патерни, значні інновації, такі як поява нових вічкових плям на крилах метеликів, вимагають суттєвих змін у генетичній мережі. Це свідчить про те, що певні типи мутацій можуть прискорювати еволюцію нових патернів, і що існують правила, які керують тим, які нові патерни можливі, а які залишаються недосяжними. Це дослідження надає цінні відомості про механізми еволюційного розвитку та може вплинути на майбутні дослідження генетичної різноманітності та адаптації, підкреслюючи потенціал для передбачуваності еволюційних результатів за певних умов.