Видатний американський біолог, професор University of Chicago та колишній науковець у Howard Hughes Medical Institute. Він відомий своєю революційною роботою з відновлення генів та дослідження механізмів, завдяки яким білки набувають нових функцій. Його дослідження не лише поглибили розуміння еволюції, але й стали предметом обговорення у контексті дебатів про інтелектуальний дизайн. Далі на ichicago.
Біографія
Джо Торнтон має незвичайний шлях у науку. Він розпочав здобувати освіту як студент англійської літератури та протягом кількох років працював екологічним активістом у Greenpeace. Такий досвід сформував у нього глибоке розуміння впливу науки на суспільство та навколишнє середовище.
Торнтон почав формальне навчання у галузі біології. Він здобув докторський ступінь у Columbia University, спеціалізувався на еволюційній генетиці. Докторська робота над механізмами генетичних змін заклала основи для його подальших досліджень у реконструкції молекулярної еволюції. Далі він проходив навчання в American Museum of Natural History, де опанував методи відновлення еволюційних історій білків. Саме тоді він почав поєднувати свій досвід екологічної діяльності з емпіричними дослідженнями еволюції молекул.
Торнтон розпочав незалежну академічну діяльність у 2002 році як асистент професора біології в University of Oregon, а до 2009 року став професором у Центрі екології та еволюційної біології. У 2012 році він перейшов до University of Chicago, де очолює лабораторію Thornton Lab і бере участь у міждисциплінарних програмах підготовки аспірантів у галузях екології, еволюції та генетики.
Торнтон також був пов’язаний з Howard Hughes Medical Institute як Early Career Scientist, отримав фінансування для досліджень еволюції білків через відновлення стародавніх генів. Він здобув стипендію John Simon Guggenheim Memorial Foundation у 2014 році за внесок у інтегративну еволюційну та молекулярну біологію.
Дослідження
Сучасна біологія активно використовує міждисциплінарний підхід для розуміння того, як еволюціонують білки. Лабораторії, що вивчають ці процеси, поєднують знання еволюційних біологів, біохіміків, біофізиків, комп’ютерних біологів, генетиків та молекулярних біологів. Спільна робота та обмін методами дозволяють глибоко досліджувати історію білків і визначати, як їхні властивості та функції змінилися протягом мільйонів років.
Основним методом у цих дослідженнях є філогенетична реконструкція історії білків. Вчені відновлюють послідовності білків, які існували у минулому, синтезують їх у лабораторії, а потім експериментально оцінюють їхню біологічну функцію та фізичні властивості. Такий підхід дозволяє визначити, які мутації мали великий ефект на функцію білків, а які невеликий, а також як взаємодія різних змін впливає на еволюційні шляхи.
Дослідження еволюції білків допомагає відповісти на класичні й сучасні запитання: як розвиваються складні молекулярні системи, чи проходить еволюція завдяки невеликим чи великим мутаціям, чи обумовлює епістаз (взаємодія мутацій) конкретні еволюційні шляхи та результати? Важливим аспектом є питання оборотності еволюційного процесу та вплив архітектури біологічних систем на їх еволюційний розвиток. Еволюційний аналіз дозволяє зрозуміти, чому білки мають певну структуру та функції, як розвивається їхня архітектура. Вчені можуть встановити, чому певні білки вразливі до дії специфічних ліків або забруднювачів.
Торнтон відновив стародавні рецептори стероїдів, щоб з’ясувати, як формувалася їх специфічність. Його команда відновила рецептори віком 450-600 мільйонів років і показала, що первісні рецептори були проміскуїтними, здатними взаємодіяти з кількома лігандами. Поступові мутації, що послідовно стабілізували білок, дозволили сучасним рецепторам розвинути вузьку специфічність без втрати основної функції. Лабораторні експерименти продемонстрували, що спроби повернути сучасні рецептори до стану предків були нефункціональні через накопичення структурних обмежень. Це підтвердило важливість історичної залежності та еволюційного шляху у визначенні сучасних функцій білків.
Наукова діяльність
Основна область досліджень Джо Торнтона полягає у відновленні генів. Ця методика дозволяє реконструювати генетичні послідовності і відтворювати їхню активність у лабораторних умовах. Такий підхід дає можливість вивчати, як білки еволюціонували та набували нових функцій протягом мільйонів років.
Його робота значною мірою вплинула на сучасні дискусії про складність та інтелектуальний дизайн, оскільки експерименти Торнтона демонструють, що складні біологічні функції можуть з’являтися поступово через еволюційні зміни. Це підкреслює важливість випадковості та контингентності у процесах еволюції, що робить її непередбачуваною та водночас науково доведеною. Його дослідження сприяли розвитку експериментальної молекулярної палеобіології та надали механістичні пояснення еволюційних процесів, відкидаючи аргументи про “невиконуваність” складних білкових систем.
Основний метод Торнтона — реконструкція стародавніх білків (ancestral sequence reconstruction, ASR). Він використовує філогенетичний аналіз сучасних гомологів для відновлення послідовностей білків, які існували сотні мільйонів років тому. Потім ці білки синтезують у лабораторії та досліджують їх біофізичні та функціональні властивості. Такий підхід дозволяє виявляти, як еволюційні новації виникають через послідовні мутації, які можуть тимчасово знімати обмеження білка та давати можливість для подальших змін. Наприклад, лабораторні дослідження Торнтона показали, що нові взаємодії гормони-рецептори розвивалися через рідкісні мутації, що послаблювали специфічність білка та давали змогу подальшого вдосконалення. Методи Торнтона вплинули на численні лабораторії, що застосовують реконструкцію стародавніх білків для вивчення стародавніх ферментів.
Дослідження Торнтона часто висвітлюються у популярних обговореннях еволюції та біології. Його роботи опубліковані у Nature, Science та інших провідних журналах, а їх цитування перевищує 14 500 разів. Роботи демонструють, як наукові методи дозволяють відновлювати хід еволюції та перевіряти гіпотези про розвиток складних функцій. Вони мають велике значення для біомедицини, генетики та фундаментальної науки про життя.
Нагороди
За свій внесок у науку Джо Торнтон отримав численні нагороди та премії. Серед них Приз Президента США для молодих науковців та інженерів у Білому домі, а також Career Award від Національного наукового фонду та Early Career Scientist Award від Howard Hughes Medical Institute. Його унікальний підхід до науки, поєднання молекулярної біології та еволюційної теорії, зробив його одним з провідних вчених сучасності.
Його кар’єра також є прикладом того, як нестандартний шлях у науку — від англійської літератури та екологічного активізму до молекулярної біології — може привести до революційних відкриттів. Це надихає молодих науковців поєднувати різні інтереси та шукати власний унікальний шлях у науці.