Эволюционное давление, направленное на передачу ДНК, может привести к поведению, которое иначе не имело бы смысла в борьбе за выживание. Бараны бьют головой в драках из-за самок; павлины отращивают сложные хвостовые перья, которые привлекают как самок, так и хищников. Половой отбор иногда может объяснить явления, которые не может объяснить только естественный отбор. Но могут ли бактерии проявлять половой отбор? В статье Opinion, опубликованной 4 сентября в журнале Trends in Microbiology, исследователи из Университета Эксетера утверждают, что некоторые бактерии могут.
Бактерии обычно клонируют себя для размножения, но известно также, что они меняют ДНК. Бактериальная клетка-донор может передавать гены клетке-реципиенту в процессе, называемом латеральным переносом генов, который может происходить с помощью трех механизмов: трансдукция, конъюгация и трансформация. Исследовательская группа считает, что этот обмен ДНК (и трансформация в частности) может иногда регулироваться половым отбором.
Трансформация и другие формы переноса ДНК широко распространены почти во всех типах бактерий и оказывают огромное влияние на их эволюцию. Например, бактерии могут перенимать гены устойчивости к антибиотикам от других штаммов и видов, что приводит к серьезным последствиям. для здоровья человека», - говорит первый автор Мишель Вос, микробиолог из Эксетерского университета. «Поэтому важно попытаться точно понять, почему они эволюционировали, чтобы высвобождать и поглощать ДНК».
При трансформации донорская клетка высвобождает свою ДНК в окружающую среду, либо активно выкачивая ее из клетки, либо просто разрывая и выплескивая ее содержимое. Затем клетка-реципиент может принять свободно плавающую ДНК и включить ее в свой собственный геном. Когда клетка-реципиент позже клонирует себя, она воспроизводит геном, который в основном состоит из собственной ДНК, но содержит фрагменты донорской ДНК.
У ученых есть несколько теорий, объясняющих, почему бактерии это делают. Некоторые сосредотачиваются на естественном отборе и на том, как новая донорская ДНК способствует выживанию клеток. Другие утверждают, что трансформация связана вовсе не с естественным отбором, а с другими функциями, такими как использование ДНК из окружающей среды в качестве пищи или для восстановления, и что генетическое смешение является просто случайным побочным продуктом. Вос и его коллеги считают, что хотя естественный отбор должен воздействовать на высвобождение и поглощение ДНК, половой отбор может иметь дополнительные преимущества..
«Одна аналогия, которую мы провели, которая может показаться спорной для некоторых, - это между высвобождением и поглощением ДНК, поскольку, соответственно, мужские и женские функции», - говорит Вос. «Женские и мужские функции определяются размером гамет - крупных яйцеклеток или мелких сперматозоидов - и, конечно же, у бактерий нет гамет."
Но Вос и его коллеги видят несколько поддающихся проверке аналогий между трансформацией у бактерий и половым отбором у других организмов. Например, бактерии тратят энергию на высвобождение ДНК, а самцы животных тратят энергию на создание большого количества сперматозоидов - то же самое касается дорогостоящего поглощения и размножения ДНК, а также затрат энергии на создание яйцеклетки, из которой только половина генетического материала происходит от матери. Будущие исследования могли бы изучить, сколько энергии различные виды бактерий тратят на трансформацию, какие бактерии передают больше своей ДНК и что дает этим бактериям преимущество.
Половой отбор иногда может приводить к принуждению, когда (обычно) самцы развивают наступательную тактику, чтобы принудить самок к спариванию. Это, в свою очередь, заставляет самок сопротивляться принуждению. У бактерий принуждение может принимать форму высвобождения химических сигналов, побуждающих другие бактерии поглощать ДНК. В другом возможном примере полового отбора недавние исследования показали, что некоторые виды бактерий поглощают ДНК после избирательного лизиса (разрыва) неродственных штаммов, что, как можно ожидать, увеличивает шансы поглощения новых адаптивных генов из разорванных клеток.
«Мы считаем, что секс по принуждению может происходить и у бактерий», - говорит Вос. Эксетерские ученые сейчас планируют эксперименты для проверки этих идей.
Приблизительно у двух десятков видов бактерий, которые служат модельными системами для трансформации, существуют большие различия в генетических механизмах и экологических сигналах, контролирующих поглощение и высвобождение ДНК. Вполне вероятно, что это разнообразие гораздо больше среди миллионов видов бактерий, которые еще предстоит описать. Авторы надеются, что будущие исследования бактериального обмена генами будут учитывать теорию полового отбора, разработанную в контексте животных.