Evoluția însăși ar putea evolua, permițând adaptarea mai rapidă la schimbare

Viața are o capacitate incredibilă de a se adapta chiar și la cele mai dure medii. Dar cum a devenit evoluția atât de eficientă?

Cum reușesc organismele să evolueze atât de bine pentru a depăși provocările mediului? Aceasta este o întrebare care i-a intrigat de mult timp pe cercetători, însă răspunsurile nu au fost întotdeauna clare. Acum, un nou studiu sugerează că însăși capacitatea de a evolua – „evolutivitatea” – ar putea fi un proces care, la rândul său, evoluează.

Evoluția însăși ar putea evolua

Viața a reușit să prospere chiar și în locuri extrem de ostile, supuse unor schimbări ecologice rapide. Luați, de exemplu, microbii – cum de aceste organisme minuscule dezvoltă atât de repede rezistență la antimicrobiene? Sau agenții patogeni virali precum SARS-CoV-2 și gripa aviară (H5N1), care se remarcă prin abilitatea lor de a se adapta la schimbările din sistemul imunitar al gazdelor.

„Viața este extraordinar de eficientă în a rezolva probleme. Dacă ne uităm în jur, vedem o diversitate incredibilă a formelor de viață, iar faptul că toate acestea provin dintr-un strămoș comun este cu adevărat surprinzător. De ce pare evoluția atât de creativă? Se pare că această abilitate ar putea fi, de fapt, un rezultat al propriei sale evoluții.”, a explicat biologul evoluționist Luis Zaman, autorul principal al studiului și profesor asistent la Universitatea din Michigan.^[sursa]

Studierea evolutivității unui organism este o provocare, în mare parte pentru că este dificil de măsurat. De exemplu, evoluția rezultă din mutații care sporesc capacitatea unei specii de a se adapta, oferindu-i astfel șanse mai mari de supraviețuire. Însă evolutivitatea nu este același lucru cu fitnessul – nu se referă la avantajele prezente, ci mai degrabă la potențialul unei specii de a obține avantaje evolutive în viitor.^[sursa]

„Această componentă anticipativă a evolutivității o face controversată. Noi credem că este un aspect esențial. Știm că există, dar nu înțelegem pe deplin de ce și în ce condiții apare. Așa că ne-am întrebat: putem observa evoluția evolutivității într-un model computațional mai realist?”, a precizat Zaman.

Pentru a testa această ipoteză, Zaman și colegii săi au creat un model computațional utilizând un cadru numit Avida. Acesta a fost conceput cu trei funcții logice benefice și trei funcții logice toxice, care pot fi comparate cu două tipuri de fructe de pădure – unele roșii și altele albastre. Într-un mediu, fructele roșii sunt benefice, iar cele albastre sunt toxice, iar în alt mediu, situația este inversă. Astfel, o populație nu poate fi „bună” în ambele medii simultan, ci doar într-unul dintre ele.

Echipa a rulat apoi o serie de scenarii pentru a analiza cum se modifică evolutivitatea în diferite condiții. Într-unul dintre scenarii, mediul a rămas constant, ceea ce a însemnat că populația nu a fost nevoită să treacă de la un tip de hrană la altul.

Într-un alt scenariu, populația a fost forțată să alterneze între consumul de fructe de pădure roșii și albastre. În această situație, cercetătorii au constatat că organismele au reușit să facă tranziția cu succes între cele două tipuri de hrană. Mai mult, acest ciclu între medii a dus la o creștere semnificativă a mutațiilor, ceea ce le-a permis să se adapteze mai rapid la schimbările de mediu.

Atunci când echipa a creat scenarii în care populațiile erau nevoite să alterneze între diferite funcții logice, programele din Avida s-au îndreptat către noi „vecinătăți mutaționale”. Acestea pot fi văzute ca trasee genetice formate din mai multe gene sub forma unor coduri informatice. De fiecare dată când mediul se modifica, acest traseu trebuia reconfigurat pentru a permite populației să se adapteze la noul tip de hrană.

„Vecinătățile mutaționale în care ajung populațiile – descoperite prin evoluție – sunt locuri în care o singură mutație poate reconfigura traseul de adaptare.”, a explicat Zaman.

În acest context, mutațiile apar atunci când una dintre instrucțiunile programului (echivalentul unei gene) este modificată. Pe măsură ce trece timpul, aceste reconfigurări permit populației simulate de programe de calculator să „evolueze” astfel încât să se adapteze eficient la un mediu în care coexistă specialiștii în consumul de fructe de pădure roșii și albastre.

Dar cât de important este timpul în acest proces? Cercetătorii au testat acest factor modificând frecvența cu care scenariile alternau între medii – de la o generație la 10 generații și apoi la 100 de generații. Rezultatele au arătat că, dacă mediul se schimbă prea rapid, evoluția nu are timp să genereze o creștere semnificativă a adaptabilității. Cu toate acestea, chiar și o perioadă de ciclu relativ lungă, de sute de generații, poate favoriza evoluția și menținerea evolutivității.

„Odată ce o populație dobândește această capacitate de evoluție, se pare că aceasta nu dispare odată cu evoluțiile viitoare.”, a subliniat Zaman.

Aceasta sugerează că, odată ce un organism a dezvoltat o capacitate sporită de a evolua, această trăsătură este puțin probabil să fie pierdută.