Эволюция это процесс развития чего либо, от Вселенной до бактерий. На бактериях эволюцию и Дарвиновский отбор удобнее всего изучать.
Биологи задались вопросом - если есть колония бактерий, то как она может улучшить своей фенотип, то есть весь спектр своих генетических особенностей? Для адаптации есть два основных пути, если особь-группа живут на одном месте - эпигенетический, когда гены усиливают или уменьшают свою работу. Но на это нужно много энергии, той которая могла бы уйти на размножение, передвижение за новой едой.
И второй способ - мутации, то есть разные варианты генов, в результате размножения выпадающие реально хаотически, буквально как случайная комбинация из 5500 карт ( это верхнее число генов у кишечной палочки ). Мутации штука ещё и опасная, потому что статистически большая часть нейтральная, а меньшие две части (примерно по 10 %) - положительные и отрицательные. При этом каждая мутация так или иначе забирает часть энергии, которая могла бы пойти на общее размножение и передвижение. К тому же даже нейтральные мутации в итоге утяжеляют гены, делают их всё более энергозатратными, а отрицательная мутация вообще может убить особь, в которой она получилась. К примеру бактерия может удачную мутацию словить и начать двигаться быстрее, но тут же заплатит за это возросшими затратами энергии и будет медленнее размножаться.
В общем просто лежать на боку и мутировать - вариант плохой, можно вымереть быстро и таки те, кто не путешествуют - вымирают. Это часть Дарвиновского естественного отбора, все неудачные варианты для выживания - сдохнут.
Что бы понять получше механизм отбора удачных фенотипов в путешествиях, взяли максимально генетически скопированные группы кишечных палочек и наблюдали за выживанием фенотипов в них во время миграций в разные среды.
Между прочим это не только для общего познания эволюции. Все эти современные раковые болезни, они основаны на том, что раковые клетки так же ползают по организму и пугающе хорошо адаптируются к чему угодно, к любой химиотерапии. Переползли например твари из печени к желудок и заодно отсекли как-то неустойчивых к химии - имеем жуткий желудочный рак, который не берёт помогавшая ранее химия.
Хемотаксис - это движение микро организмов, в ответ на химический раздражитель.
а - Однородная генетически популяция кишечной палочки показывает разные способности к перемещению, разные бактерии как люди - одни лучше хемоткасят, другие хуже.
b - Заодно даже максимально похожие изначально бактерии, показывают разные уровне сенсорной способности, то есть чувствительности.
с - Когда насыпают побольше еды, клетки начинают передвигаться быстрее и дальше, а лучше хемотаксят вперёд опять таки не все, а удачные по генетике. Они в итоге хемотаксят за горизонт раньше других и эта группа получает больше шансов поесть на новом месте.
Можно догадаться с одного раза, кто лучше будет размножаться - медленные или быстрые.
d - Вывод - получается баланс между давлением среды на клетки и их способностью вымирать, но плодиться другим, более удачливым. Чем больше вынуждены путешествовать клетки, тем сильнее, быстрее они делаются. Их фенотип получается одновременно и быстрым и чувствительным к угрозам и подвижным.
Далее нудная лабораторная работа. В чашках петри разные популяции бактерий "пугают" одной химией, температурой, вынуждая помирать и отползать и кормят выживших сахарами в другом месте.
Общий вывод - любой раздражитель действует на разные бактерии по разному, одни медленно уползают, другие хемотаксят значительно бодрее и лишаясь медленных товарищей, получают больше еды и больше размножаются. потому что нет одинаковых бактерий, каждая из триллионов хоть чуток, а отличается от других.
На комбинации и работу генов, в силу малого размера-кирпичиков-аминокислот, влияют буквально молекулярные колебания, энергетические потенциалы электронов, атомов. К этим выводам биологи пришли, когда поняли что если бы только простая химии влияла, генетика была бы намного однообразнее и стабильнее. Буквально, любое колебание температуры, любой волны-излучения на сотые доли процента и уже получается чуток другой вариант организма, от бактерии до человека. Собственно поэтому нельзя свой же точный клон сделать, это невозможно на уровне физики.
Желающие точнее про такие процессы узнать - Марков Александр, у него огромный курс лекций есть, на тему эволюции.https://istina.msu.ru/profile/markov_a/.
Эти хаотические изменения назвали - случайный шум.
Всё это сильно напоминает людские миграции, да и вообще любых животных, которые путешествуют. Например миграции антилоп в Африке это только для нас, видящих их сверху, кажутся грандиозным и интересным событием. Для антилоп миграция это бегство от высохшего безтравья на новые пастбища с водой и травой. Любая антилопа которая ослабла - вымирает сразу и хищники кстати тоже. Те львы и гиены которые не успевают-не могут мигрировать за стадами, тоже вымирают. То что для людей грандиозное зрелище, для животных смертельная гонка от голода за новой едой.
Источник - Non-genetic adaptation by collective migration Lam Vo1,2,*, Fotios Avgidis3,*, Henry H. Mattingly4,*, Ravi Balasubramanian1 , Thomas S. Shimizu3 2 , Barbara I. Kazmierczak5 , Thierry Emonet1,2,6 bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2024.01.02.573956; this version posted January 3, 2024.
