Екстремальна еволюція: чи є секс у бделоїдних коловерток?

Нещодавно опублікована у журналі PLOS Biology стаття присвячена дослідженню геномів кількох видів бделоїдних коловерток. Це дослідження вказало на нові факти у досить дивній історії розмноження та еволюції цих крихітних створінь, що мешкають у калюжах та бруді.

Переваги та недоліки самоклонування

Коловертки – безхребетні тварини, що не є ані слимаками, ані п’явками та є представниками двобічно-симетричних тварин. У світі їх налічується більш як 500 тисяч видів, але ми їх майже не помічаємо, оскільки найбільші із цих істот досягають усього 2 міліметрів завдовжки, а більшість неозброєним оком просто не видно.

Philodina gregaria.
Бделоїдна коловертка Philodina gregaria. Ці безхребетні мільйонами років розмножуються без самців. Джерело: Micrographia

З тисяч видів по всій планеті понад 450 відносяться до підкласу бделоїдних коловерток. Але це, звичайно, не було б нікому цікавим, якби не той факт, що серед цих істот немає жодного самця. Партеногенез – не така вже й дивна річ у природному світі. Фактично він полягає у тому, що кожна жіноча особина клонує себе. Коли приплід приносить 100% особин, а не половина, як наприклад у людей, це дозволяє дуже швидко відновлювати свою чисельність після катастроф і завойовувати нові території.

Але є в партеногенезу й негативні фактори. Через відсутність обміну генетичним матеріалом між особинами, швидкість напрямленого природного відбору різко зменшується, у той час, коли накопичення випадкових мутацій, так званого “генетичного сміття”, нічим не стримується. Через це партеногенез найчастіше використовується видами як доповнення до статевого розмноження, а ті види, які практикують тільки партеногенез, існують зазвичай недовго та не схильні утворювати розгалужені еволюційні гілки.

Екстремальна еволюція без самців

Не дивно, що бделоїдні коловертки, які останні 40-80 мільйонів років існують без чоловічої складової популяції та за цей час змогли утворити сотні різних видів, привернули до себе увагу дослідників.

Крім того, виявилося, що частина видів, яка живе у водоймах, що часто пересихають, здатна витримувати повне зневоднення протягом місяців та років. До того ж, вони є дуже стійкими до купи інших несприятливих факторів.

Різноманітні види бделоїдних коловерток.

Власне, наявність фактору висихання підказала вченим можливий шлях до того, як бделоїдні коловертки вирішують ряд проблем, пов’язаних із відсутністю самців. Катастрофічне висихання викликає численні ушкодження в геномі коловерток. Тож у них має бути надзвичайно потужна система відновлення ДНК, для якої не становитиме проблеми впоратися з будь-яким генетичним дрейфом.

Ну а проблема низької мінливості у бделоїдних коловерток вирішується ще більш екзотично. У них більше, ніж у будь-яких інших багатоклітинних істот, генів, які потрапили до геному в результаті горизонтального перенесення. Фактично, бделоїдні коловертки – чи не єдина велика група багатоклітинних істот, які генетично модифікують самі себе, захоплюючи гени в бактерій, грибів та інших багатоклітинних тварин, яких вони ковтають.

Минулі генетичні дослідження бделоїдних коловерток встановили, що принаймні один їхній вид повністю втратив здатність до статевого розмноження. Ті ділянки хромосом, які відповідають за здійснення поділу статевих клітин, стали просто неактивними.

Нове дослідження геному

Нове повногеномне дослідження охопило одразу декілька видів коловерток: здатних витримувати висихання, а також тих, що живуть у воді постійно. Річ у тім, що в спільного предка всіх бделоїдних коловерток відбулося подвоєння хромосом, тобто всі коловертки в процесі еволюції стали тетраплоїдами. А значить, якби не існувало генетичного дрейфу, то кожного гену в геномі коловерток мало б бути по чотири копії.

Бделоїдні коловертки є чудовими плавцями. Вони мають ногу з чотирма пальцями, яка допомагає їм чіплятися за об’єкти поруч. Джерело: Bernard Jenni/Youtube

Тож, якщо теорія щодо ролі протидії висиханню вірна, в тих видів коловерток, що здатні переживати висихання, мало б зберегтися більше однакових копій одного гену, ніж у тих, що постійно живуть у воді. Але виявилося, що усе навпаки – у тих видів, що не можуть відроджуватися після висушування, різниця між копіями одного гену менша, ніж у істот, що мешкають у нестабільних водоймах. Тож, цілком можливо, що у коловерток працює якийсь інший механізм протидії генетичному дрейфу, ніж їхнє відновлення.

Ба більше, виявилося, що у достатньо близьких родичів тих коловерток, у яких неактивні гени, що відповідають за секс, нічого подібного не спостерігалося. Відповідні гени в них виявилися повністю функціональними, хоча ми так і не знаємо, для чого вони коловерткам.

Як справедливо зазначають автори статті, наявність у популяції певної кількості самців, для взаємодії з якими потрібні активні гени, що відповідають за мейоз, могла б пояснити купу дивних речей, які стосуються еволюції. Але досі ніхто не бачив жодного самця бделоїдної коловертки.

Такі от вони незвичайні істоти. Мільйони років у виключно жіночому оточенні. Час від часу перетворюються на висушену мумію, а потім знову повертаються до життя. Клонують самі себе та інколи генетично модифікують нащадків. А ще, можливо, у них є секс.

PLOS Biology (2018). DOI: 10.1371/journal.pbio.2004830

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Олександр Бурлака
  • 55 записів
  • 0 дописів
Олександр займається популяризацією науки, веде блоги та працює викладачем у Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка. Має ступінь кандидата технічних наук.