"Sex is a costly business" — at least in evolutionary terms

.
В заглавие вынесено первое предложение не бульварной заметки, а первая фраза из статьи в Nature News. Статья обращает внимание на интересную публикацию в последнем номере Nature (Becks, L. & Agrawal, A. F. Higher rates of sex evolve in spatially heterogeneous environments.)

Действительно, если задуматься – с эволюционной точки зрения создание двух полов, которые не могут размножаться по отдельности – немыслимая трата биологического материала. Т.е. мы все знаем со школы, что половое размножение привносит преимущества (имеется ввиду эволюционные преимущества) где-то там в будущем, однако «пощупать», так ли это на самом деле нам не представлялось возможным до недавнего времени.

   

Опубликованная работа была проведена на коловратках. Для этого организма характерны оба способа размножения – партеногенетическое и половое. Ранее было известно, что половое оплодотворение активируется в колонии, когда организм окружен сородичами. В одиночестве же у рачков включается неполовое размножение простым делением. Был проведен изящный эксперимент – одну колонию растили в тепличных условиях – полный достаток воды и пищи; вторую популяцию – в условиях близких к натуральным –качество воды количество пищи менялось.
Результат отличался в два раза – 7% яиц у «тепличных» против 15% у «реальной» популяции были результатом полового оплодотворения. Это при том, что в исскуственных условиях коловратки размножаются значительно хуже, чем в природе.
Однако следующий эксперимент принес действительно интересные результаты. Обе группы предыдущего эксперимента были соединены и через 14 недель снова разделены на две аналогичные группы. В этот раз уровень полового размножения у «тепличной» группы не отличался от предыдущего – около 7%. Зато группа, которая снова попала в более жесткие условия жизни, в этот раз показала значительно высший результат.

 

Оба эксперимента свидетельствуют о том, что половое размножение действительно несет значительные преимущества для выживания вида и активизируется при стрессовых условиях. То, что при «тепличных» условиях коловратки в основном избегают полового размножения, свидетельствует о его затратности. Однако при смене окружения, и особенно при повторном стрессе, половое размножение быстро активируется и вытесняет бесполое, так как приводит к большему разнообразию признаков у потомства – какая-то часть однозначно окажется более приспособленной к новым условиям. Т.е. тут опытным путем показано, что в реальных условиях половое размножение дает преимущества для выживания вида в целом уже в следующих поколениях, и стоит потраченных усилий.  
 

Однако вокруг статьи разгорелись дебаты – одни (и сам автор) утверждают, что опыт наглядно доказывает эволюционное преимущество полового размножения; другие считают, что вскрыт всего лишь интересный поведенческий алгоритм размножения коловраток.

3D белка за миллисекунду

 Миллионер Давид Шоу (David Shaw) в исследовательском центре имени себя с командой сотрудников собрал компьютер Anton, разработанный специально под расчеты молекулярной динамики (МД) биологических молекул, и с его помощью провёл расчет динамики нескольких небольших белков длительностью в миллисекунду. Хотя для «непосвящённых» эта цифра может показаться смехотворной, никогда ещё планка вычислительных экспериментов в молекулярной биологии не была установлена столь высоко.



Современная биология без компьютеров как без рук — практически во всех молекулярных областях компьютерные (или «in silico») эксперименты позволяют получить важную информацию о происходящем на уровне отдельных молекул при помощи вычислительных алгоритмов. Один из них — метод молекулярной динамики (МД) — описывает молекулярные события «в реальном времени», и даже — гипотетически — позволяет проследить за процессом самопроизвольного сворачивания молекулы белка в нативную форму. Гипотетически — потому что до недавнего времени вычислительных мощностей суперкомпьютеров не хватало для моделирования в таком временном диапазоне, чтобы сравняться со временем, за которое молекулы белков сворачиваются в действительности. (В этой связи для теоретического предсказания пространственного строения белков используют не МД, а более «окольные» методы.)

Недавно в журнале Science опубликовали работу, в которой описаны расчеты МД нескольких белковых молекул в водном окружении длительностью 0.1–1 миллисекунды (а миллисекунды (10−3 с) — это как раз то время, за которое многие белки сворачиваются в реальности). При этом все молекулы в этой работе были заданы максимально детально (полно-атомное описание). Траектория такой длительности позволила авторам «в реальном времени» наблюдать процесс сворачивания небольших α-спирального (виллин) и β-структурного белков (FiP35), причём за это время было отмечено несколько актов сворачивания-разворачивания. Для более крупного белка — ингибитора бычьего панкреатического трипсина (БПТИ) — получены более скромные результаты: вблизи нативного состояния проследили конформационные переходы, по ряду параметров соответствующие происходящим в реальности. В результате виртуального сворачивания получены модели виллина и FiP35, максимально близко соответствующие экспериментальным структурам. Наблюдаемая конформационная динамика БПТИ также хорошо согласуется с имеющимися данными спектроскопии ЯМР.

Читать целиком на Biomolecula.ru