Группа ученых впервые секвенировала крошечного червя, принадлежащего к группе исключительно бесполых видов, которая возникла примерно 18 миллионов лет назад, что делает его одной из старейших известных линий бесполых животных. Работа показывает, как он избежал эволюционного тупика, с которым обычно сталкиваются организмы, не занимающиеся сексом.
«Ученые пытались понять, как некоторые животные могут выживать в течение миллионов лет без секса, потому что такое строгое, длительное воздержание очень редко встречается в мире животных», - объясняет профессор биологии Нью-Йоркского университета Дэвид Фитч, один из соавторов исследования.«Этот феномен имеет большое значение для понимания эволюционной генетики, потому что он противоречит широко распространенному мнению о том, что половое размножение необходимо для устранения вредных мутаций и для адаптации к меняющейся среде».
«Например, в краткосрочной перспективе наследование копий генов обоих родителей обычно обеспечивает хорошую страховку от мутаций, которые могут убить функцию одной из этих копий гена - процесс, называемый комплементацией», - продолжает Fitch. «В долгосрочной перспективе производство потомства в результате полового акта позволяет адаптироваться к изменяющимся условиям с течением времени, поскольку оно вызывает вариации за счет генетической перетасовки или рекомбинации. Однако, поскольку такая перетасовка не происходит среди бесполых видов, они имеют тенденцию быстро вымирать. Итак, для биологии было давней загадкой, как некоторые бесполые животные выжили на протяжении стольких поколений».
Исследование, проведенное исследователями из Центра геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета и Центра геномной и вычислительной биологии Университета Дьюка, опубликовано в журнале Current Biology.
Недавно секвенированный червь, Diploscapter pachys, представляет собой крошечную, прозрачную, свободноживущую аскариду и тесно связан с Caenorhabditis elegans, организмом, обычно используемым для биомедицинских исследований.
Однако, в отличие от C. elegans, D. pachys бесполый.
Принимая это решение, ученые использовали ДНК для получения генеалогии, которая показала, что D. pachys принадлежит к группе исключительно бесполых видов, которые возникли примерно 18 миллионов лет назад.
При более тщательном изучении того, как размножается D. pachys, исследовательская группа обнаружила, что, как и у многих других бесполых организмов, процесс создания зародышевых клеток - сперматозоидов или яйцеклеток - был изменен, чтобы предотвратить рекомбинацию или перетасовку, которая результат полового размножения.
«По сути, животные клонировали самих себя», - объясняет Fitch. Кроме того, когда исследователи изучили его хромосомы, они обнаружили нечто еще более удивительное: была всего одна пара хромосом.
Близкие родственники, такие как C. elegans, имеют 5-7 хромосом, но, по словам ученых, однохромосомная пара настолько редка у высших организмов, что известны только два других вида животных с этим заболеванием: муравей и паразитическая аскарида.
Исследователи решили секвенировать геном D. pachys, чтобы проверить, как устроена одна хромосома, будь то потеря или слияние нескольких хромосом предков.
Их результаты показали, что D. pachys сливает шесть хромосом своего предка в одну хромосому и пропускает первое деление мейоза, где гены рекомбинируются, так что его потомство сохраняет высокое генетическое разнообразие родителей.
«Таким образом, кажется, что загадка его долголетия в значительной степени раскрыта: D. pachys преодолевает недостатки бесполого размножения, поддерживая генетическую изменчивость, а вместе с ней и комплементацию», - объясняет Fitch. «По иронии судьбы, это достигается за счет отсутствия рекомбинации между копиями генов. Если бы они были, различия между копиями генов могли бы быть потеряны. На самом деле, D. pachys избавился от нескольких генов, необходимых для создания механизма рекомбинации, существующего в половых организмах».