На Галапагосских островах зафиксировано редкое явление, которое заставляет пересматривать некоторые представления об эволюции. Ученые зафиксировали у местных диких томатов появление биохимических признаков, ранее считавшихся утраченными. Речь идет не о случайных мутациях, а о возвращении к механизму, характерному для древних представителей семейства пасленовых.
Исследование выявило у диких томатов на западных участках Галапагосского архипелага активизацию генетических механизмов, ранее считавшихся утраченными. Растения начали синтезировать соединения, сходные с теми, что встречаются в баклажанах, а не в современных томатах. Это говорит о включении старых метаболических путей, которые, по мнению ученых, не использовались на протяжении миллионов лет.
Команда Калифорнийского университета в Риверсайде изучила образцы диких томатов, собранные на островах с разной геологической историей. На восточных, более старых островах, растения продолжали вырабатывать типичные для современных томатов алкалоиды. А вот на западных, молодых и менее плодородных участках, появились молекулы с иным химическим строением — таким, какое было характерно для далеких предков томатов.
Ключевую роль сыграли алкалоиды — горькие соединения, с помощью которых растения защищаются от вредителей и болезней. Ученые обнаружили, что галапагосские помидоры перешли на альтернативную форму этих соединений. Пространственная конфигурация молекул изменилась, несмотря на сохранение атомного состава. Такие изменения могут существенно повлиять на биологические свойства веществ, в частности — на их токсичность и защитную эффективность.
Молекулярный анализ показал, что достаточно изменения всего четырех аминокислот в одном ферменте, чтобы изменить тип производимого соединения. Исследователи подтвердили это в лабораторных условиях: после встраивания измененных генов в растения табака, те начали синтезировать древний тип алкалоидов.
География оказалась важным фактором. Более молодые острова, бедные на питательные вещества и биологическое разнообразие, предъявляют иные требования к растениям. Тамошние условия, по-видимому, стимулировали возвращение к древним защитным стратегиям.
Чтобы проверить направление эволюционных изменений, ученые провели моделирование на основе современных генетических данных и сравнили полученные химические профили с предполагаемыми характеристиками древних видов. Совпадения оказались убедительными.
Хотя термин «обратная эволюция» вызывает споры, в данном случае изменения не только напоминают старые признаки, но и воспроизводят их на молекулярном уровне. Подобные процессы ранее фиксировались у некоторых животных и микроорганизмов, но с растениями подобное наблюдается крайне редко.
Исследование также затрагивает важный практический аспект: понимание механизмов синтеза алкалоидов имеет значение для пищевой безопасности. Многие из этих соединений в высоких концентрациях опасны для человека, поэтому изучение их образования может помочь в разработке более безопасных сельскохозяйственных культур.
Полученные данные показывают, что генетическая пластичность растений может быть значительно выше, чем считалось. В определенных условиях природа способна задействовать забытые биохимические пути — без вмешательства человека.
