سیستم‌های زیستی پیچیده‌تر، آزادانه‌تر تکامل می‌یابند

اثرات متقابل بین جهش‌ها منجر به نتیجه غیر‌منتظره می‌شود. هنگامی که با وقوع جهش‌های ژنتیکی، ژنوتیپ فرد تغییر می‌کند، تکامل روی تغییرات حاصل در فنوتیپ (صفات) فرد عمل می‌کند. اما تغییرات فنوتیپی که می‌تواند توسط جهش‌ ایجاد شود، بدون حد و مرز نیست.

نویسنده اول مقاله، ماتو لاگاتور در حال مطالعه‌ی فنوتیپ نمونه‌ای از اشرشیا‌کلی جهش‌یافته

ژن‌های ما (یا همان ژنوتیپ) خصوصیات یا فنوتیپ ما را تعیین می‌کنند. تکامل روی فنوتیپ موجود عمل می‌کند. فنوتیپ در نتیجه‌ی وقوع جهش در ژنوتیپ، تغییر می‌کند. اما اینکه در نتیجه‌ی جهش چه تغییری در فنوتیپ فرد ایجاد شود، بدون محدوده نیست؛ مثلا طی جهش ممکن نیست که مورچه‌ها ناگهان به اندازه‌ی فیل شوند.

پژوهشگران موسسه‌ی علم‌ و فناوری اتریش (IST) دریافتند که در یک سیستم تنظیم بیان ژن در باکتری اشرشیا‌کلی، هر چه اجزای بیشتری دچار جهش شوند، سیستم زیستی به‌صورت آزادانه‌تری قادر به تکامل یافتن خواهد بود.

اثرات جهش‌ها است که تعیین می‌کند یک سیستم زیستی چگونه می‌تواند تغییر کند؛ اما زمانی که ما یک سیستم متشکل از چندین مولفه، مانند سیستم تنظیم بیان ژن را در نظر بگیریم، چه اتفاقی می‌افتد اگر چندین مولفه دچار جهش شوند؟ آیا آن سیستم زیستی گزینه‌های کمتر و یا بیشتری برای تغییر دارد؟

نتایج نشان داد زمانی که مولفه‌های بیشتری جهش پیدا می‌کنند، تکامل سیستم با محدودیت کمتری روبه رو است. ماتو لاگاتور، نویسنده اول این مطالعه، می‌گوید:

بر خلاف آنچه که من قبل از انجام آزمایش فرض کرده بودم، اگر ما چندین مولفه را دچار جهش کنیم، سیستم به‌صورت آزادانه‌تر می‌تواند تکامل پیدا کند. این امر موجب تعجب من است.

در ادامه‌ی این مطالعه، محققان به بررسی مقایسه تغییر و تکامل در سیستم در دو حالت، پرداختند.

وقتی که ۱ + ۱ برابر ۲ نیست

علت توانایی بیشتر تکامل و تغییر در حالتی‌که چند مولفه با هم جهش می‌یابند، این بود که جهش‌ها دارای اثرات متقابل هستند، پدیده‌ای که به آن اپیستازی بین ملکولی می‌گویند. ماتو لاگاتور مفهوم آن را توضیح می دهد:

مفهوم اپیستازی این است که ۱ + ۱ برابر ۲ نمی‌شود؛ بلکه یا سه می‌شود یا صفر. اگر بخواهیم از لحاظ ژنتیکی صحبت کنیم، یک جهش نقطه‌ای، عامل رونویسی را به‌صورتی تغییر می‌دهد که فنوتیپ سیستم کنترل بیان ژن به اندازه‌ی X تغییر کند و دیگر جهش نقطه‌ای، مکان اتصال را به صورتی تغییر می‌دهد که فنوتیپ به اندازه‌ی Y تغییر کند. حال اگر دو جهش با هم اتفاق بیفتد، فنوتیپ حاصل جمع ساده‌ی X و Y نخواهد بود بلکه متفاوت از این مقدار خواهد بود. مفهوم بحث آن است که جهش‌ها در تعامل با هم، به کل سیستم این امکان را می‌دهند که به‌صورت آزادانه‌تر دچار تغییر و تکامل شود. 

تاکنون، درک ما از اپیستازی عمدتا توصیفی بوده است، اما اینکه چگونه ساز‌و‌کارهای مولکولی موجود، الگوهایی اپیستازی را تعریف می کنند، درک نشده است. ماتو لاگاتور توضیح می‌دهد:

ما نشان می‌دهیم که در این سیستم تنظیم بیان ژن، اکثر اپیستازی‌ها حاصل ساختار ژنتیکی سیستم هستند. این ساختار تعیین می‌کند که جهش‌ها چگونه دارای اثرات متقابل باشند.