Биологи из России и их зарубежные партнеры раскрыли причину сохранения фертильности у многих межвидовых гибридов. Они успешно размножаются, несмотря на нестандартный хромосомный набор.
"Само существование таких гибридов нас удивило. Но истинные причины их высокой плодовитости стали настоящим сюрпризом. Углубленный анализ показал ранее неизвестный механизм поддержания фертильности у этих хромосомных гибридов", — рассказывает Владимир Лухтанов, главный научный сотрудник Зоологического института РАН и профессор Санкт-Петербургского государственного университета.
Гибриды — это потомство двух разных видов родственных организмов. Чаще они встречаются среди растений, реже среди животных. Основная причина их редкости — почти повсеместная стерильность. Это лишает гибриды шанса продолжить род, даже если у них есть важные преимущества перед родительскими видами.
Лухтанов и его команда нашли уникальных фертильных гибридов, изучая потомство при скрещивании двух групп горошковых белянок (Leptidea sinapis). Эти бабочки широко распространены в России, их гусеницы питаются растениями семейства бобовых.
Неожиданное разнообразие хромосом
Ученые открыли несколько линий белянок. Внешне и по поведению они похожи, но различаются числом хромосом. Испанские бабочки имеют около 106-108 хромосом, а скандинавские особи — всего 56-57.
Заинтригованные, биологи решили провести эксперимент. Они скрестили шведских белянок с минимальным числом хромосом и их каталонских сородичей, у которых хромосом было почти вдвое больше.
Плодовитость против всех ожиданий
К удивлению исследователей, потомство не стало бесплодным. Его плодовитость сохранилась на высоком уровне, хотя она и была примерно вдвое ниже, чем у родительских линий.
Разгадка в обратном порядке событий
Чтобы понять причину, ученые проанализировали мейоз — процесс формирования половых клеток с одинарным набором хромосом.
Аномальное число хромосом у гибридов обычно полностью разрушает мейоз. Клетки гибнут или теряют способность к образованию жизнеспособного зародыша из-за нехватки или избытка хромосом.
Однако у гибридных белянок обнаружилось удивительное отличие: ключевые этапы мейоза проходят не в обычной, а в обратной последовательности.
Как нарушается стандартный сценарий
При нормальном мейозе происходит следующее. Сначала родительские хромосомы перемешиваются, и их количество уменьшается вдвое, растаскиваясь по дочерним клеткам. Затем эти хромосомы делятся на ДНК-нити, образуя в итоге четыре гаметы.
У гибридных белянок все иначе. Сначала разделяются нити ДНК! И лишь затем, на второй стадии, общий хромосомный набор уменьшается наполовину.
Ключ к сохранению фертильности
"Это прорыв в понимании! Такой обратный порядок минимизирует или полностью предотвращает нарушения мейоза. В итоге формируются здоровые, жизнеспособные гаметы", — объясняет Лухтанов.
Значение открытия для науки и медицины
Данное открытие раскрывает давнюю биологическую тайну. Оно объясняет, как происходят изменения хромосом и формируются новые хромосомные наборы в живых организмах. Эти процессы важны как для фундаментальной биологии и эволюции, так и для медицинских исследований механизмов развития заболеваний.
Изображение: Leptidea sinapis. Изображение авторов исследования.
Источник: scientificrussia.ru