سیستم‌های زیستی پیچیده‌تر، آزادانه‌تر تکامل می‌یابند

اثرات متقابل بین جهش ها منجر به نتیجه غیر منتظره می شود. هنگامی که با وقوع جهش هایژنتیکی، ژنوتیپ فرد تغییر می کند، تکامل روی تغییرات حاصل در فنوتیپ (صفات) فرد عمل می کند. اما تغییرات فنوتیپی که می تواند توسط جهش ایجاد شود، بدون حد و مرز نیست.

نویسنده اول مقاله،ماتو لاگاتوردر حال مطالعه ی فنوتیپ نمونه ای از اشرشیا کلی جهش یافته

ژن های ما (یا همان ژنوتیپ) خصوصیات یا فنوتیپ ما را تعیین می کنند.تکاملروی فنوتیپ موجود عمل می کند. فنوتیپ در نتیجه ی وقوع جهش در ژنوتیپ، تغییر می کند. اما اینکه در نتیجه ی جهش چه تغییری در فنوتیپ فرد ایجاد شود، بدون محدوده نیست؛ مثلا طی جهش ممکن نیست که مورچه ها ناگهان به اندازه ی فیل شوند.

پژوهشگران موسسه ی علم و فناوری اتریش (IST) دریافتند که در یک سیستم تنظیم بیان ژن در باکتری اشرشیا کلی، هر چه اجزای بیشتری دچار جهش شوند، سیستم زیستی به صورت آزادانه تری قادر به تکامل یافتن خواهد بود.

اثرات جهش ها است که تعیین می کند یک سیستمزیستیچگونه می تواند تغییر کند؛ اما زمانی که ما یک سیستم متشکل از چندین مولفه، مانند سیستم تنظیم بیان ژن را در نظر بگیریم، چه اتفاقی می افتد اگر چندین مولفه دچار جهش شوند؟ آیا آن سیستم زیستی گزینه های کمتر و یا بیشتری برای تغییر دارد؟

محققان این سوال را در سیستم کنترل بیان ژن باکتری اشرشیاکلی مورد مطالعه قرار دادند که شامل دو جزء است: اول عامل رونویسی، کهپروتئینیاست و میزان رونویسی اطلاعات ژنتیکی را ازDNAبهRNAکنترل می کند؛ و دوم، محل اتصال آن بهDNA، جایی که عامل رونویسی برای شروع رونویسی به آنجا متصل می شود. در این مطالعه، دانشمندان به بررسی اینکه چه اتفاقی می افتد وقتی هر مولفه جداگانه جهش پیدا می کند یا زمانی که هر دو مولفه با هم جهش پیدا می کنند، پرداختند.

نتایج نشان داد زمانی که مولفه های بیشتری جهش پیدا می کنند، تکامل سیستم بامحدودیت کمتریروبه رو است.ماتو لاگاتور، نویسنده اول این مطالعه، می گوید:

بر خلاف آنچه که من قبل از انجام آزمایش فرض کرده بودم، اگر ما چندین مولفه را دچار جهش کنیم، سیستم به صورت آزادانه تر می تواند تکامل پیدا کند. این امر موجب تعجب من است.

در ادامه ی این مطالعه، محققان به بررسی مقایسه تغییر و تکامل در سیستم در دو حالت، پرداختند.

وقتی که ۱ + ۱ برابر ۲ نیست

علت توانایی بیشتر تکامل و تغییر در حالتی که چند مولفه با هم جهش می یابند، این بود که جهش ها دارای اثرات متقابل هستند، پدیده ای که به آناپیستازیبین ملکولی می گویند.ماتو لاگاتورمفهوم آن را توضیح می دهد:

مفهوم اپیستازی این است که ۱ + ۱ برابر ۲ نمی شود؛ بلکه یا سه می شود یا صفر. اگر بخواهیم از لحاظ ژنتیکی صحبت کنیم، یک جهش نقطه ای، عامل رونویسی را به صورتی تغییر می دهد که فنوتیپ سیستم کنترل بیان ژن به اندازه ی X تغییر کند و دیگر جهش نقطه ای، مکان اتصال را به صورتی تغییر می دهد که فنوتیپ به اندازه ی Y تغییر کند. حال اگر دو جهش با هم اتفاق بیفتد، فنوتیپ حاصل جمع ساده ی X و Y نخواهد بود بلکه متفاوت از این مقدار خواهد بود. مفهوم بحث آن است که جهش ها در تعامل با هم، به کل سیستم این امکان را می دهند که به صورت آزادانه تر دچار تغییر و تکامل شود.

تاکنون، درک ما از اپیستازی عمدتا توصیفی بوده است، اما اینکه چگونه ساز و کارهای مولکولی موجود، الگوهایی اپیستازی را تعریف می کنند، درک نشده است.ماتو لاگاتورتوضیح می دهد:

ما نشان می دهیم که در این سیستم تنظیم بیان ژن، اکثر اپیستازی ها حاصل ساختار ژنتیکی سیستم هستند. این ساختار تعیین می کند که جهش ها چگونه دارای اثرات متقابل باشند.