Назад к динозаврам: С помидорами на Галапагосских островах происходит нечто странное

Растущие на Галапагосских островах помидоры вновь начали вырабатывать древние защитные вещества, которые были утеряны современными сортами миллионы лет назад.

Это вновь вызвало споры о возможности так называемой "регрессивной эволюции", хотя большинство биологов избегают этого термина.

Ученые предполагают, что подобные процессы могут происходить не только у растений.

В научной среде в основном принято считать, что эволюция — это процесс с направлением вперед. Однако существуют явления, которые, по-видимому, свидетельствуют об обратном. Сам термин "регрессивная эволюция" вызывает много споров. Тем не менее, есть исследования, в которых зафиксированы признаки такого явления — например, у диких томатов, произрастающих на Галапагосских островах. В недавней работе, опубликованной учеными Калифорнийского университета, установлено, что эти растения утратили изменения, приобретенные за миллионы лет эволюции, сообщает сайт университета.

Возможно, спор здесь — скорее о терминологии. То, что называют регрессивной или обратной эволюцией, на деле — просто эволюция, в ходе которой организмы приспосабливаются к окружающим условиям с целью максимально эффективного функционирования. А приспособление вовсе не всегда означает усложнение. Быть может, выживает тот, кто отказывается от лишнего?

Так называемая регрессивная эволюция — это процесс, в ходе которого организмы утрачивают сложные свойства и функции и, кажется, делают шаг назад, упрощаясь. Однако специалисты склоняются к мнению, что буквально вернуться по ступеням эволюционной лестницы, по которой организм поднимался тысячи и миллионы лет, невозможно. "Вероятность того, что изменения, полученные в процессе эволюции, можно "отмотать назад", как песню на кассете, крайне мала", — говорил несколько лет назад биолог Уильям Джеффри из Университета Мэриленда в интервью для Live Science.

Тем не менее, это не исключает процессов, при которых организмы становятся проще или теряют отдельные функции. Просто это не происходит так, как можно себе представить при словах "регрессивная эволюция" — не по тем же самым шагам в обратном направлении.

Именно так, похоже, произошло с несколькими видами томатов на Галапагосских островах. Эти растения, происходящие из Южной Америки и, вероятно, попавшие на острова с помощью птиц, исследовали ученые из Калифорнийского университета и Института Вейцмана в Израиле. Похоже, они вернулись к некоторым характеристикам, которые были утрачены томатами в ходе миллионов лет эволюции.

"Это не то, чего мы обычно ожидаем", — цитирует сайт университета молекулярного биохимика Калифорнийского университета и ведущего автора исследования Адама Йозвяка. "Но вот оно — и это происходит прямо у нас на глазах, на вулканическом острове".

Томаты, растущие на западных островах Галапагосского архипелага, выделяют алкалоид, который в современных томатах давно не встречается.

Главные герои этой томатной истории — алкалоиды — содержащие азот органические вещества. Помидоры, картофель, баклажаны и другие представители семейства пасленовых производят эти горькие молекулы в качестве естественных пестицидов — для защиты от насекомых и животных, которые могли бы счесть их съедобными. Галапагосские острова — уникальное место, где у большинства животных почти нет естественных врагов. Но к растениям это не относится, поэтому защитные свойства алкалоидов тут особенно полезны.

Ученые начали проект, чтобы лучше понять механизмы выработки алкалоидов у растений. Для человека эти вещества могут быть опасны — в высоких концентрациях они токсичны. "Наша команда усердно работала над тем, чтобы описать шаги, необходимые для синтеза алкалоидов, и научиться контролировать этот процесс", — поясняет Йозвяк.

И выращенные на Галапагосах томаты оказались по-настоящему странными. Они вырабатывают алкалоиды, но… не те. А именно — такие, которые, по мнению исследователей, не встречались у томатов со времен начала их эволюции.

Собрав более 50 образцов томатов видов Solanum cheesmaniae и Solanum galapagense с 30 различных участков архипелага, ученые выяснили, что растения на востоке островов производят такие же алкалоиды, что и современные сорта, которые мы употребляем в пищу. Но на западе островов томаты вырабатывают другую форму этих молекул — схожую с той, что была у родственников томатов и баклажанов миллионы лет назад.

Разницу объясняет поддисциплина химии — стереохимия, изучающая пространственную структуру молекул и влияние этой структуры на их свойства. Две молекулы могут состоять из одних и тех же атомов, но в зависимости от их расположения обладать совершенно разными свойствами.

Продолжив исследования, ученые пришли к выводу, что изменения обусловлены конкретным ферментом. В лабораторных условиях они установили, что, изменив всего четыре аминокислоты в этом ферменте, можно превратить современную версию алкалоидной молекулы в ее древний аналог. Причем эти изменения в природе — не случайность: собранные образцы демонстрируют явную географическую закономерность. "Возможно, более древняя форма молекулы обеспечивает лучшую защиту в суровых условиях, преобладающих на западе архипелага", — предполагает Йозвяк.

Можно ли называть этот процесс регрессивной эволюцией? Пусть решают специалисты, однако "генетические и химические данные указывают на возвращение к более ранней стадии — и это произошло", — утверждает ведущий автор исследования. И он считает, что подобные процессы могут происходить не только у томатов и не только у растений, но и у животных.