Мікроскопічні прісноводні тварини - бделлоідние коловертки (bdelloid rotifer) - постійно запозичують гени від бактерій, грибів і навіть рослин. Таке яскраве відкриття зробила група вчених з університету Гарварда (Harvard University) і центру порівняльної молекулярної біології і еволюції (Josephine Bay Paul Center).
Бделлоідние коловертки являють собою одну із загадок природи. Справа в тому, що розмножуються вони виключно за допомогою партеногенезу. І не було б у цьому нічого дивного, якби не той факт, що за 40 мільйонів років свого розвитку вони розділилися більш ніж на 360 видів. Причому без статевого розмноження, яке традиційно вважається найважливішим фактором мінливості.
Це вчені називають "еволюційним скандалом", оскільки рекомбінація генів двох батьків для успіху цілого класу істот виявилася непотрібною.
Тепер секрет, здається, нарешті розкритий. Біологи виявили свідчення масового горизонтального переносу генів у бделлоід, причому ці істоти, як виявилося, без проблем вбудовують в свій геном ДНК від грибів, бактерій і рослин!
Раніше масовий горизонтальний перенос генів спостерігався лише в стані бактерій, відзначають дослідники. А якщо мова і йшла про представників царства тварин, то випадки горизонтального переносу ставилися до взаємодії організму-господаря з ендосімбіонтом або паразитом.
Якщо ці коловертки так добре "вбирають" і "пристосовують" під свої потреби гени інших істот, значить, вони можуть безпосередньо обмінюватися генами і між собою - а це з точки зору еволюції не гірше статевого розмноження.
Як саме бделлоіди проробляють цей трюк - ясно не до кінця. Але дещо вже вдалося зрозуміти. Ймовірно, ключ до такої унікальної здатності - уміння бделлоідних коловерток переживати посуху. Коли вони висихають, у них практично припиняється життєдіяльність, так вони можуть провести не один рік, але при появі води ці істоти оживають.
Так ось, біологи знають, що у коловерток є якийсь механізм "ремонту" пошкоджених в ході висихання організму ДНК і мембран. До речі, даний клас коловерток уміє ще й добре відновлюватися після сильного опромінення, і вчені вважають, що тут діє однаковий механізм.
Поки беллоідная коловратка знаходиться в висохлому стані, її ДНК "відкрита" для приєднання чужорідних генів. Більшість з таких включень вчені знайшли поблизу кінців хромосом, які називаються теломерами. Під час посухи ці кінці виявляються не захищені. У центральних частинах хромосом "іноземні" гени також були знайдені, але в набагато меншій кількості, відзначають експериментатори.
Причому мова йде саме про клітки зародкової лінії. І як тільки істота знову наповнюється водою, воно "ремонтує" ДНК з уже доданими фрагментами, так що нова коловратка, що з'явилася згодом, буде відрізнятися від батьківського організму.
Подробиці - в статті в журналі Science.
Та ж тема розглянута на сайті "Елементи"
Види тварин, які відмовилися від статевого розмноження, зазвичай швидко вимирають. З цього правила є одне загадкове виключення - бделлоідние коловертки, які вже багато десятків мільйонів років розмножуються тільки партеногенетически (без самців) і при цьому продовжують процвітати. Виявилося, що у бделлоідних коловерток є ще одна унікальна особливість - на відміну від усіх інших тварин, вони часто обмінюються генами з іншими організмами, в тому числі з бактеріями, грибами і рослинами. Мабуть, саме ця здатність і дозволяє коловраткам обходитися без самців.
Бделлоідние коловертки: a - Philodina roseola. b - Macrotrachela quadricornifera. c - Habrotrocha constricta. d - Adineta vaga. Довжина масштабної лінійки 0,1 мм. Фото з сайту www.nature.com
Існує безліч теорій, що пояснюють, чому статеве розмноження отримало таке широке поширення в живій природі (див. Одну з них в статті В. П. Щербакова). Тварини досить легко втрачають статеве розмноження і переходять до партеногенезу, тобто до розвитку з незапліднених яєць. Таке не раз відбувалося і продовжує відбуватися в різних еволюційних лініях (лише у одних ссавців перехід до партеногенезу принципово неможливий, так як у них багато життєво важливі гени в яйцеклітині відключені, а їх здорові копії можуть бути отримані тільки зі сперматозоїдом - см. Геномної імпрінтінг) . Однак всі види (або невеликі групи видів) тварин, позбавлених статевого розмноження, є молодими, вони лише недавно походять від «нормальних» двостатеві предків. Це означає, що види, які відмовилися від статевого розмноження, мають тенденцію дуже швидко вимирати. Вони не встигають дівергіровать і дати початок, припустимо, цілого безстатевого сімейства або загону. «Дуже швидко» за еволюційними масштабами часу - це може означати десятки і сотні тисяч років, в крайньому випадку перші мільйони.
Кількість генів, запозичених бделлоідной Коловертки Adineta vaga у представників інших царств, в пріконцевих (A) і в центральних (B) ділянках хромосом. Noncoding - некодуючі ділянки ДНК; Foreign - гени, безсумнівно запозичені у представників інших царств; Indeterminate - гени, чиє «чужорідне» походження знаходиться під питанням; Metazoan - гени, явно мають тваринне походження, тобто або «свої», або запозичені у інших бделлоідних коловерток або інших тварин; Hypothetical - гіпотетичні гени; Transposons, LTR retrotransposons, Retroelements - мобільні генетичні елементи. Мал. з обговорюваної статті в Science
У бделлоідних коловерток бар'єри, які стоять на шляху проникнення чужої ДНК в яйцеклітини, очевидно, сильно ослаблені. Це може бути пов'язано з незвичайним способом життя цих мікроскопічних тварин. Вони живуть в дрібних калюжах і відмінно переносять висихання на будь-якій стадії життєвого циклу. Потім їх, як пил, може перенести вітром в іншу калюжу. Однак при висиханні мембрани клітин можуть пошкоджуватися, що полегшує проникнення чужорідної ДНК. При висиханні також утворюються розриви в хромосомах, які клітинам доводиться зашивати, коли коловратка знову розмокне. В ході ремонту (репарації) розірваних хромосом є велика ймовірність випадкового включення в хромосому чужорідного фрагмента. За не цілком ясним причин в кінцевих ділянках хромосом виявляється набагато більше «запозичених» генів, ніж у центральних частинах. В кінцевих ділянках хромосом у коловерток також спостерігається різко підвищена концентрація мобільних генетичних елементів - транспозони і ретротранспозонов. Можливо, вони грають якусь роль в процесах генетичного запозичення.
Цікаво, що деякі запозичені бактеріальні гени зберегли структуру, характерну для прокариотических генів (наприклад, в них немає інтронів), а інші - ймовірно, ті, які були запозичені раніше, - вже встигли обзавестися характерними еукариотическими рисами (в тому числі интронами). Вчені показали, що принаймні деякі з запозичених генів реально працюють в клітинах коловерток і кодують функціональні білки. Більшість генів, запозичених коловертками у бактерій, грибів і рослин, кодують ферменти, які входять до складу складних біохімічних шляхів і каскадів, а виконують якусь самостійну біохімічну функцію. Це і зрозуміло, адже саме такі гени можуть виявитися корисними, якщо їх запозичувати поодинці. Втім, є вказівки і на те, що іноді гени запозичувалися відразу по два. Такі гени розташовані в безпосередній близькості один від одного і в геномі бактерій-донорів, і в хромосомі коловертки-реципієнта.
Якщо ж бделлоідние коловертки хоча б іноді змінюються генами один з одним, то виходить, що вони насправді не відмовилися від ідеї межорганізменной генетичної рекомбінації - перемішування генів різних батьків в геномі потомства. Вони просто повернулися від просунутого варіанту такої рекомбінації (статевого процесу) до більш примітивним варіантом - горизонтальному обміну, який був властивий їх далеким одноклітинним предкам.