Автор фото, Manfred Schart
Підпис до фото, Амазонська молінезія залишається однією з найбільших загадок еволюційної біології
У водоймах Мексики та південного Техасу водиться риба, існування якої, на думку багатьох біологів, є неможливим.
Серед зграй самиць у теплих, спокійних водах пересувається невелика срібляста рибка. Вона обирає самця з близькоспорідненого виду для спарювання, але подальший процес відбувається дещо незвично. Його роль у відтворенні майже одразу завершується.
Сперма потрібна їй лише як своєрідний стимул. ДНК самця не передається потомству. Внаслідок цього з’являються лише самиці — точні генетичні копії своєї матері.
Такий спосіб асексуального розмноження зветься гіногенезом.
Назва виду — амазонська молінезія — походить від імені легендарних амазонок зі стародавніх грецьких міфів. Майже століття ця риба є однією з найскладніших головоломок еволюційної біології.
Згідно з класичною еволюційною теорією, види, що розмножуються без статевого процесу, приречені на швидке вимирання. Проте амазонська молінезія існує вже близько 100 тисяч років і зовсім не виглядає як вид на межі зникнення.
То як їй вдається вижити?
Навіщо природі секс
Щоб розгадати таємницю амазонської молінезії, спершу слід дати відповідь на інше питання: навіщо взагалі існує статеве розмноження?
На перший погляд, це доволі невигідний спосіб продовження роду. Потрібно шукати партнера, боротися за нього, витрачати час та ресурси. До того ж, кожен з батьків передає потомству лише половину своїх генів.
Асексуальне розмноження виглядає значно привабливіше. Немає потреби в пошуках, а нащадки отримують 100% генетичного матеріалу від одного з батьків.
Проте в природі саме статеве розмноження стало майже універсальним. За словами еволюційного біолога Дейва Спеєра з Амстердамського університету, 99,9% живих організмів використовують саме цей механізм.
Причина проста: статевий процес створює генетичну варіативність.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото, Акули також можуть народжувати потомство без самців. Такі випадки не раз фіксували в океанаріумах і акваріумах. Але для них це лише тимчасовий вихід із ситуації
Під час розмноження гени матері та батька перемішуються, утворюючи унікальну комбінацію. Це нагадує постійне перетасовування карт у колоді. Кожне нове покоління отримує свій власний набір генетичних “карт”, що допомагає виду адаптуватися до мінливих умов життя.
Крім того, статеве розмноження сприяє позбавленню від шкідливих мутацій.
Під час реплікації ДНК неминуче виникають помилки.
У видів зі статевим розмноженням багато таких помилок з часом усуваються природним відбором. У клонів ситуація інша: мутації передаються з покоління в покоління і поступово накопичуються.
Цей процес часто порівнюють із храповим механізмом, який обертається лише в одному напрямку. У науковій спільноті він відомий як “храповик Мюллера”.
Згідно з цією теорією, рано чи пізно геном має настільки деградувати, що вид просто зникне.
Саме тому тривале існування амазонської молінезії видається справжнім еволюційним парадоксом.
Проте деякі дослідники вважають, що проблема полягає не в самій теорії, а в її надто буквальному тлумаченні.
“Храповик Мюллера не стверджує, що вид без статевого розмноження обов’язково приречений”, — пояснює Спеєр.
За його словами, будь-який живий організм має певним чином боротися з генетичними дефектами. Статевий процес — лише один з можливих інструментів.
Еволюційний скандал
Амазонська молінезія — не єдиний подібний приклад.
В природі існують й інші види, які обходяться без самців десятки мільйонів років.
Найвідоміші серед них — коловертки. Ці крихітні істоти, розміром із піщинку, мешкають у прісних водоймах по всьому світу.
Вчені навіть називають їх “еволюційним викликом”.
Причина проста: за всіма розрахунками, вони мали зникнути мільйони років тому. Але коловертки не тільки вижили, а й чудово себе почувають.
Більше того — вони навчилися буквально викрадати чужі гени.
На відміну від більшості тварин, які отримують гени лише від своїх батьків, коловертки здатні запозичувати генетичний матеріал із навколишнього середовища.
Зазвичай така здатність притаманна бактеріям, але коловертки також освоїли використання чужих генів на свою користь.
Одні з них допомагають їм переживати зневоднення, інші захищають від недуг.
Автор фото, Alamy
Підпис до фото, Коловертки – ще один суто жіночий клуб у природі. Ці крихітні істоти існують без самців уже мільйони років
Ці дивовижні створіння витримують умови, які знищили б більшість живих організмів: космічні польоти, екстремальне зневоднення і навіть заморожування протягом 24 тисяч років у сибірській вічній мерзлоті.
Проте навіть цей механізм, ймовірно, не дає повної відповіді на запитання, як асексуальні види уникають генетичного виродження.
Генетичне “копіювати-вставити”
Нещодавно вчені стали на крок ближче до розгадки таємниці амазонської молінезії.
Дослідники з Мюнхенського університету виявили, що в цієї риби надзвичайно активно працює механізм відновлення ДНК, відомий як конверсія гена.
По суті, це своєрідна система “копіювати-вставити”.
Якщо одна копія гена пошкоджується, клітина може використати іншу як шаблон для ремонту.
У людей цей процес також відбувається постійно, але він відіграє радше другорядну роль.
В амазонської молінезії ситуація зовсім інша.
Аналіз геному показав, що окремі ділянки її ДНК багаторазово “перезаписуються” саме завдяки генній конверсії. В результаті шкідливі мутації усуваються ще до того, як вони встигають накопичитися.
Фактично цей механізм виконує ту саму функцію, яку виконує статеве розмноження у більшості інших тварин.
Ця унікальна здатність має цікаве походження.
Приблизно 100 тисяч років тому самиця атлантичної молінезії схрестилася із самцем вітрильної молінезії.
Зазвичай такі гібриди виявляються стерильними, але цього разу стався збій.
Так виник новий вид, здатний до розмноження без генетичної участі самців.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото, ДНК самця до потомства амазонської моллінезії не потрапляє
Сьогодні кожна амазонська молінезія несе в собі спадщину одразу двох різних видів.
Саме це забезпечує їй високий рівень генетичної варіативності та широкий спектр варіантів для відновлення пошкоджених ділянок ДНК.
Ймовірно, саме тому її система “генетичного ремонту” працює настільки ефективно.
Особливо цікаво, що найчастіше вона виправляє саме найнебезпечніші мутації — ті, які потенційно могли б завдати організму найбільшої шкоди.
Новий погляд на еволюцію
Це відкриття може мати значення не лише для розуміння еволюції.
Мутації є основою багатьох людських захворювань, зокрема й онкологічних.
“Рак – це насамперед хвороба мутацій”, – пояснює один з авторів дослідження Едвард Райземаєр, біолог з Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана.
Тому будь-які нові знання про те, як природа знаходить та виправляє генетичні помилки, одного дня можуть виявитись корисними і для медицини.
Поки що вчені не знають, чи зможе амазонська молінезія підтримувати генетичне здоров’я ще сотні тисяч або навіть мільйони років. Але вже зараз очевидно: життя без статевого розмноження зовсім не обов’язково веде до еволюційного глухого кута.
“Ми довго вважали, що статеве розмноження — єдиний надійний спосіб підтримувати здоров’я геному. Тепер з’ясувалося, що існує й інший шлях”, — каже Райземаєр.
І схоже, що маленька срібляста рибка успішно користується ним уже сто тисяч років.