Các nhà khoa học tại Viện Francis Crick đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc làm sáng tỏ cơ chế mà qua đó các mạng lưới gen tiến hóa để tạo ra sự đa dạng trong các mẫu hình phát triển sinh học.
Nghiên cứu, được công bố trên tạp chí PRX Life và dẫn dắt bởi Tiến sĩ Zena Hadjivasiliou, Trưởng phòng thí nghiệm Sinh học Toán học và Vật lý, đã đi sâu vào sự tiến hóa của các mạng lưới điều hòa gen – hệ thống kiểm soát cách các tế bào phát triển và biệt hóa. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô phỏng máy tính để mô hình hóa quá trình này, cho phép họ quan sát cách các đột biến có thể dẫn đến sự xuất hiện của các đặc điểm mới, chẳng hạn như các đốm mắt trên cánh bướm. Phát hiện quan trọng là trong khi những điều chỉnh nhỏ có thể tinh chỉnh các mẫu hình hiện có, thì những đổi mới đáng kể thường đòi hỏi những thay đổi lớn hơn trong kiến trúc mạng lưới gen.
Tiến sĩ Hadjivasiliou nhấn mạnh tầm quan trọng của công trình này trong việc hiểu khả năng dự đoán của các kết quả tiến hóa. Bà giải thích, "Mô hình của chúng tôi đã tạo ra bước đột phá trong việc giải thích làm thế nào những sự kiện nhỏ, dường như không quan trọng trong lịch sử tiến hóa lại có thể có những tác động lâu dài đến sự phát triển và đa dạng của các dạng sống động vật." Điều này gợi ý rằng các thay đổi cơ bản trong cách các gen tương tác có thể mở ra những con đường mới cho sự đa dạng sinh học.
Tiến sĩ Harry Booth, một nhà toán học và nhà khoa học máy tính tại Viện Crick và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, đã sử dụng các mô phỏng máy tính chuyên sâu để xây dựng một bức tranh thống kê về cách thức tiến hóa thường diễn ra khi tìm kiếm các mẫu hình mới. Bằng cách chạy hơn 100.000 mô phỏng, nhóm nghiên cứu đã có thể loại bỏ các yếu tố ngẫu nhiên, tập trung vào các thuộc tính chung của các quá trình này. Tiến sĩ Booth lưu ý, "Khi bạn đạt đến quy mô này, tất cả các đặc điểm ngẫu nhiên của quá trình tiến hóa bắt đầu biến mất và những gì còn lại đại diện cho các thuộc tính chung của các loại quy trình này."
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sự tương tác giữa các đột biến, được gọi là tính trội (epistasis), đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là tại những thời điểm quan trọng như sự xuất hiện đầu tiên của một ranh giới sọc mới, nơi hầu hết các đột biến thành công đều liên quan đến tính trội. Điều này có nghĩa là sự tiến hóa thường bị "khóa" cho đến khi sự kết hợp đúng đắn của các thay đổi xuất hiện cùng nhau. Công trình này cung cấp những hiểu biết sâu sắc về các cơ chế phát triển tiến hóa, làm nổi bật cách thức các thay đổi trong mạng lưới gen có thể dẫn đến sự đa dạng đáng kinh ngạc mà chúng ta thấy trong thế giới tự nhiên. Nó cũng mở ra khả năng dự đoán các con đường tiến hóa tiềm năng, cho thấy rằng sự thay đổi không chỉ là ngẫu nhiên mà còn tuân theo các quy luật nhất định dựa trên cấu trúc di truyền.