О происхождении пола есть много гипотез — начиная от того, что он полезен для избавления от вредных мутаций и для накопления полезных и заканчивая совсем экзотическими — о полезности анизогамии (разделении половых клеток на яйцеклетки и сперматозоиды) для митохондрий.
Одно остаётся фактом — пол эукариотам по какой-то причине выгоден и даже необходим. По большей части они легко переходят от полового размножения к бесполому.
Животные — к партеногенезу (размножению из неоплодотворённых яиц), за исключением млекопитающих, которым мешает геномный импринтинг, «разметка» в яйцеклетках неработающих генов, которые должны заставить работать сперматозоиды. Растения и грибы — к вегетативному, когда вообще любая клетка может стать новым организмом.
Казалось бы, выгодно — размножаться могут не только самки, но и вообще все, соответственно потомства будет вдвое больше, чем при половом размножении. Может быть и выгодно, но факт остаётся фактом — организмы, перешедшие к бесполому размножению, деградируют и вымирают.
Причём происходит это очень быстро по эволюционным меркам — в течение сотен тысяч, максимум — считанных миллионов лет. На это указывает хотя бы структура филогенетического древа — бесполым путём размножаются только отдельные виды, максимум роды, ни у кого не хватает эволюционного времени, чтобы породить более крупные таксоны.
«Скандал внутри скандала»
Ни у кого, кроме коловраток. Этим удалось породить целый класс Bdelloidea, состоящий ни много ни мало из 400 видов. Причём их бесполость подтверждается не просто тем, что никто никогда не видел их самцов. За те несколько десятков миллионов лет, что они обходятся без полового размножения, их хромосомы успели накопить столько мутаций, что перестали быть парными.
То есть даже если бы самцы каким-то чудом и обнаружились, половое размножение, сама суть которого состоит в обмене парными участками хромосом, для бделлоидных коловраток всё равно было бы невозможно.
Половое размножение — и само по себе «эволюционный скандал», ведь оно вдвое медленнее, чем бесполое. Но, как мы уже видели, оно даёт какие-то, хотя бы и неясные, преимущества. То есть Bdelloidea — своего рода «скандал внутри скандала», и любая теория происхождения пола должна объяснять с одной стороны, как ухитрились не вымереть бделлоидные коловратки, с другой — что помешало проделать тот же трюк если не всем эукариотам, то хотя бы остальным животным.
С миру по гену — бесполому геном
Разумеется, пройти мимо такого интересного феномена биологи никак не могли. Начали они с генома коловраток. При его изучении выяснилось, что Bdelloidea очень активно заимствуют гены не только у эукариот из других царств — растений и грибов, но и у бактерий. Определили это по сходству генов с ближайшим аналогом за пределами царства животных, сравнивая уровень сходства между этим геном и его ближайшим «животным» аналогом.
Причём многие из заимствованных генов вполне работают в геномах коловраток. Такой горизонтальный перенос очень активно используют прокариоты — бактерии и археи, но у эукариот он встречается весьма редко. Заимствованные гены не включены в сложные биохимические циклы, что и понятно — такие циклы обычно кодируются не одним геном.
При этом некоторые из генов, позаимствованных коловратками у бактерий, так и остались «прокариотическими» в них, например, нет некодирующих участков, а другие уже успели стать «эукариотическими», обзаведясь интронами.
Связан такой активный обмен генами, по-видимому, с образом жизни Bdelloidea — они одни из самых мелких многоклеточных, обитают в пересыхающих лужах и легко переносят высыхание. При высыхании же клеточные мембраны повреждаются, что с одной стороны облегчает попадание в клетки чужой ДНК, с другой — повреждает их собственные хромосомы. После того, как коловратки размокают, хромосомы принимаются чиниться, захватывая извне в том числе и то, чего в них изначально не было и таким образом «присваивая» чужие гены.
Не совсем бесполые?
Было бы довольно странно, если бы, обмениваясь генами чуть ли не со всем остальным, что есть на Земле живого, Bdelloidea исключили из этого обмена собственных сородичей. Проверить наличие горизонтального переноса внутри вида учёные попытались на коловратках Adineta vaga. Результат получился довольно неожиданным.
Изучив геномы 11 экземпляров A. vaga , биологи, как и ожидалось, обнаружили в них следы генетического обмена внутри вида — их генетическое разнообразие оказалось больше, чем можно было бы ожидать только за счёт мутаций.
Однако более тщательный анализ геномов показал, что три из 11 коловраток очень напоминают гибриды от скрещивания оставшихся 8 — уровень гетерозиготности (количество разных вариантов одного гена у одной особи) оказался опять-таки выше, чем следовало бы ожидать от частичного обмена генами.
И всё же тот факт, что для полноценного полового размножения нужны парные хромосомы, которых у Bdelloidea практически нет, не позволяет учёным с уверенностью заявить, что они всё-таки обнаружили у коловраток половое размножение — скорее всего, если у них и есть «целенаправленный» обмен генами, то он существенно отличается от классического полового размножения. Но это уже вопрос будущих исследований…
Спасибо всем, кто прочёл! Не забудьте поставить палец вверх и подписаться на канал.
Понравилось? Тогда можно почитать ещё:
