Летальні мутації виявляються дуже до речі в невеликих спільнотах - вони допомагають вижити всій популяції за рахунок окремо взятих жертв.
Думаючи про еволюцію, ми в першу чергу згадуємо про природний відбір, в результаті якого в популяції отримують перевагу ті особини, у яких найбільш вдалі гени. Однак не завжди пристосованість відіграє у відборі вирішальну роль. Так, у невеликих популяціях генетична структура залежить в тому числі і від випадковості, яка зберігає в геномі не дуже вигідні генетичні варіанти.
Уявімо собі пару, в якій і чоловік, і жінка гетерозіготни за ознакою кольору очей - це означає, що ген, який контролює колір очей, у обох є в двох варіантах (аллелях), в карем варіанті і в блакитному варіанті. Ймовірність передати дитині «карій» і «блакитний» алелі рівні, і якщо популяція велика, то в ній будуть з'являтися діти з різним набором генетичних варіантів: у когось обидва алелі будуть каріми, у когось - блакитними, у когось буде і карій, і блакитної алелі.
Але якщо популяція мала (на зразок закритої релігійної громади або населення маленького острова), не всі генетичні комбінації будуть у ній реалізовуватися, і може статися так, що один з алелей поступово зникне. Така втрата генетичних варіантів називається дрейфом генів. Його відмінність від природного відбору в тому, що в результаті дрейфу генів в популяції зовсім не обов'язково залишаються ті варіанти, які забезпечують найбільшу пристосованість - генетика популяції змінюється в буквальному сенсі як попало.
У результаті дрейфу з маленьких спільнот легко можуть безповоротно зникнути багато корисних мутацій, а замість них можуть закріпитися шкідливі. У великих популяціях, в яких завжди є багато варіантів і завжди з чого вибирати, природний відбір вичищає виникаючі шкідливі мутації, так що великі популяції поступово підвищують свою пристосованість. Маленькій популяції стає все пристосованіше і пристосованіше заважає дрейф генів.
Проте маленькі спільноти теж можуть дещо поліпшити своє становище. Вважається, що геноми в них менше мутують. Мутації, як відомо, паливо еволюції, і якщо мутацій мало, то еволюція сповільнюється. Хоча в такому випадку маленькі популяції вдосконалюються повільніше, зате вони встигають справлятися зі шкідливими мутаціями, не дозволяючи їм виникати занадто швидко. (Очевидний мінус тут у тому, що невелика спільнота може зіткнутися з такими умовами, для яких ні в кого не буде ніяких генетичних варіантів, щоб пристосуватися.)
Нещодавно дослідники з Університету штату Мічиган повідомили про ще один механізм, який заважає закріпитися шкідливим мутаціям під час дрейфу генів. Суть його в тому, що шкідлива мутація виявляється не просто шкідливою, а смертельною. Відтінків шкоди вже немає - якщо у когось з'являється шкідлива мутація, її носій відразу вмирає, так що сама мутація не може поширитися по популяції, адже її носій взагалі не може залишити ніякого потомства. Відповідно, раз шкідливі мутації не можуть накопичуватися, вони не витісняють корисні мутації, так що маленька популяція здатна далі просунутися в сенсі пристосованості.
Цікаво, що цей механізм описали за допомогою комп'ютерної моделі: дослідники спостерігали за цифровими організмами - самовідтворюваними комп'ютерними програмами, які мутують і еволюціонують. З плином часу їхні геноми перебудовувалися: виживали особини з таким геномом, в якому все рідше і рідше могли виникати просто шкідливі мутації, але все частіше і частіше виникали летальні.
Але чи є в живій природі якісь приклади подібних геномних перебудов? У своїй статті в Nature Communications дослідники як такий приклад наводять бактерій Buchnera. Вони ендосімбіонти, можуть жити тільки в тілі тлі, і розмір бактеріальної спільноти, природно, обмежений тілом цієї досить маленької комахи, так що проблеми дрейфу генів знайомі їм не з чуток. Особливо важливі функції в клітинах Buchnera виконують білки, які кодуються рідкісними генетичними «словами» -триплетами.
Ми знаємо, що амінокислотам, з яких складаються білкові молекули, відповідають триплети - набори з трьох генетичних букв-нуклеотидів. У більшості амінокислот є цілий набір таких «слів», тобто одній амінокислоті відповідають кілька триплетів. Але триплети зустрічаються в геномі з різною частотою: якісь частіше, якісь рідше. Одне з пояснень того, що «слова» -триплети різняться за частотою, полягає в тому, що вони відрізняються за схильністю до мутацій і за тим ефектом, який виробляють мутації.
Важливі гени у бактерій Buchnera складаються з рідкісних триплетів, мутації в яких дуже сильно псують білок - так, що бактерія просто гине. Це рівно те, про що говорилося вище - коли у шкідливих мутацій немає півтонів, вони всі стають летальними. І щоб таке сталося, геном у Buchnera перебудувався на користь рідкісних триплетів. Очевидно, еволюція бактерій тут йшла так само, як еволюція цифрових організмів у комп'ютерній моделі.
З боку все виглядає так, як якщо б окремі особини жертвували собою заради того, щоб вижили інші - але, звичайно, ніякої свідомої жертви тут немає, просто геном бактерій пристосувався до того, щоб популяція змогла вижити, незважаючи на свої невеликі розміри.