Наконец-то весна - и в ветвях деревьев назревает битва. Малиновка возвращается в свое гнездо с дождевым червем. Ее птенцы все просят милостыню, но только один получит эту еду. И хотя мама заинтересована в том, чтобы все ее дети процветали, каждая маленькая птичка более эгоистична. Вот и малыш снова и снова открывает клюв: дай еще!
Теперь представьте себе подобное столкновение, происходящее в цветах одного и того же дерева. Новое исследование Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луи показывает удивительный способ, которым семейные ссоры в семенах приводят к быстрой эволюции. Исследователи в области искусств и наук обнаружили, что конфликт по поводу количества ресурсов, которые потомок получает от своего родителя, по-видимому, играет особую роль в развитии определенных семенных тканей. Исследование будет опубликовано 22 апреля в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Семена растений содержат ткани, которые представляют собой трех разных генетических родственников: мать, зародыш и причудливую триплоидную ткань, называемую эндоспермом, которая участвует в переносе питательных веществ от матери к зародышу.
Кэтрин Гейст, кандидат наук в лаборатории, возглавляемой Дэвидом К. Квеллером, профессором биологии Спенсера Т. Олина, и Джоан Страссманн, профессором биологии Чарльза Ребстока, использовали геномные данные из образцовое растение, Arabidopsis thaliana, чтобы пролить свет на спор между этими тремя сторонами о том, сколько ресурсов следует давать эмбриону.
«Когда мы думаем о том, как может проявляться конфликт между родителями и детьми, мы склонны думать, что должны взаимодействовать две разные стороны, мать и ребенок», - сказал Гейст. Любой младенец хочет больше для себя, чем для своих братьев и сестер, в то время как мать хочет справедливого распределения среди своих потомков.
Птенцы малиновки выпрашивают дождевого червя, например. Человеческие младенцы плачут.
«В семени это может быть не так очевидно», - сказал Гейст. «Но все это по-прежнему происходит на гормональном и клеточном сигнальном уровне.
"Это разные стороны с разными генетическими интересами", сказала она.
Все в семье
В этом году Квеллер и Штрассманн работают в Wissenschaftskolleg, институте повышения квалификации в Берлине. Они наиболее известны своей работой над социальной эволюцией амеб и обществ ос. Новое исследование затрагивает вопросы, связанные с растениями, и является проверкой теоретической модели родственного отбора, которую Квеллер впервые исследовал несколько десятилетий назад, первоначально будучи аспирантом.
Эволюционный конфликт часто приводит к более быстрой эволюции, которую иногда называют «гонкой вооружений», поскольку организмы с конкурирующими интересами стремятся превзойти друг друга поколение за поколением. Это взаимодействие лучше всего распознается там, где конфликты очень сильны, например, конфликт между хозяином и патогеном.
«Ожидается, что родство уменьшит количество конфликтов», - сказал Квеллер. «Мы хотели увидеть, способствуют ли конфликты между родственниками быстрой эволюции, согласующейся с эволюционной гонкой вооружений».
Заводы тоже ссорятся
Ранее опубликованные геномные данные арабидопсиса идентифицировали гены, специализированные для различных частей тела родительского растения, а также для его семенных тканей и подтканей. Аспирантка Гейст тщательно прочесала несколько итераций этих данных для своего основного вида арабидопсиса и нескольких его кузенов.
Она сравнила скорость адаптивной эволюции генов, контролирующих рост, в разных частях растений.
Гейст обнаружил более высокие темпы адаптивной эволюции для генов, активированных в семенах, по сравнению с другими органами растений, такими как цветочные почки, стебли, розетки листьев и корни. Она также обнаружила больше доказательств адаптивной эволюции в генах, экспрессируемых в эндосперме и материнских тканях, чем в эмбрионах, и больше в подтканях семян, которые специфически участвуют в переносе питательных веществ..
«Мы видим нашу предсказанную модель молекулярной эволюции быстрой адаптации в областях генов, которые участвуют в распределении ресурсов, но не в тех, которые предположительно участвуют только в хранении», - сказал Гейст..
Результаты подтверждают предсказания о том, что гонка вооружений исходит не только от непримиримых врагов, таких как хозяева и патогены, но и от более мелких ссор внутри семей. Они также предполагают, что в семействах растений бывают такие же склоки, как и в животных.
Социальные взаимодействия, изученные в этом исследовании, могут иметь последствия для размера семян, которые можно было бы изучить в будущих работах, говорят исследователи. Окончательный размер и питательная ценность семян важны для людей, которые полагаются на такие зерна, как рис, пшеница, ячмень и лебеда, как на основные источники пищи во всем мире.