В реках Мексики и южного Техаса плавает рыба, которой не должно существовать. Она скользит в своей стае из одних самок, ее серебристая чешуя соприкасается с самцами родственных видов. Здесь она выбирает партнера. Но в необычном эволюционном повороте его гены не играют никакой роли в появлении потомства. Самка использует сперму самца лишь для запуска развития яйцеклетки, но его ДНК быстро отбрасывается. Она производит только дочерей — каждая — ее клон, пишет bbc.com
Размножение без секса
Эта рыба — амазонская моллинезия, и она ставит ученых в тупик почти столетие. Согласно эволюционной теории, бесполые виды должны быстро вымирать: без полового размножения в их геномах со временем накапливаются вредоносные мутации. Но этот вид, состоящий исключительно из самок, существует около 100 000 лет.
«Если посмотреть на общую картину, 99,9% — это секс», — говорит Дэйв Спэйер, эволюционный биолог из Амстердамского университета, специализирующийся на происхождении полового размножения. Одна из причин, по мнению Спэйера, состоит в том, что секс позволяет популяциям эффективнее исследовать генетическое «пространство возможностей».
В ходе полового размножения ДНК двух родителей перетасовывается в процессе рекомбинации, наделяя каждого потомка уникальным набором генов. Это немного похоже на перемешивание и раздачу колоды карт: каждое новое тасование создает новую руку для проверки эволюцией. Это означает, что в половых видах, как правило, больше генетического разнообразия, поскольку у каждой особи своя комбинация генов — уникальная карта, — что обычно идет на пользу выживанию вида.
Секс также обеспечивает защиту. Без этой генетической перетасовки геномам угрожает медленно нарастающая опасность, называемая храповиком Мюллера.
При копировании ДНК, объясняет Спэйер, «всегда возникают ошибки». В половых видах эти ошибки могут быть «вымешаны» из генофонда, но в клональных видах они передаются из поколения в поколение. Со временем эти вредоносные мутации накапливаются, как насечки на храповике с односторонним ходом, — деградируя геном щелчок за щелчком, пока вид не вымирает.
Согласно этой концепции, бесполые виды должны быть недолговечны и обречены на генетическое разрушение. Однако некоторые из них, как амазонская моллинезия, не только выживают, но и процветают.
Спэйер считает, что часть путаницы может объясняться тем, как интерпретируется эта теория. «Храповик Мюллера не утверждает: „Если у тебя нет секса, тебя ждет мутационный коллапс“». Правильнее понимать его как более широкое ограничение для всего живого: любая система должна располагать способом управления генетическими «ошибками», а секс — лишь одна из таких стратегий.
В этом свете долгоживущие бесполые виды не столько нарушают эволюционные законы, сколько находят им обходные пути. «Всегда существуют механизмы, которые справляются с частотой мутаций», — говорит Спэйер, даже если мы еще не полностью их понимаем.
Амазонская моллинезия не одинока
В животном мире существует несколько бесполых существ, по всей видимости переживших срок, предсказанный теорией, — от обитающих в зарослях палочников до похожих на капли «микроживотных».
Эти виды отличаются от привлекающих всеобщее внимание случаев так называемых «непорочных рождений», или партеногенеза, когда змеи или акулы в неволе размножаются без самцов. Это не постоянная альтернатива половому размножению: при наличии возможности такие животные возвращаются к нему.
Напротив, амазонская моллинезия принадлежит к исключительному клубу состоящих исключительно из самок видов, приверженных жизни без отцов — из поколения в поколение. То, как этим долгоживущим бесполым видам удается избегать судьбы, предрекаемой храповиком Мюллера, по-прежнему остается дискуссионным вопросом. Тем не менее некоторые виды, по всей видимости, на протяжении миллионов лет сохраняли генетическое здоровье без какого-либо очевидного полового «спасения».
«В теории недоставало одного элемента, — говорит Эдвард Райсмейер, вычислительный биолог из Мюнхенского университета Людвига Максимилиана в Германии и соавтор новых исследований амазонской моллинезии. — И этим элементом оказалась генная конверсия». Речь о форме генетической репарации, и она не уникальна для амазонской моллинезии. Она встречается у многих организмов, в том числе у человека.
Спасение — в генной конверсии
У половых видов, подобных нам, каждая особь, как правило, несет две копии большинства генов — одну от матери и одну от отца. При повреждении ДНК, например ультрафиолетовым излучением, клетки порой могут использовать одну копию гена в качестве матрицы для восстановления другой. Этот процесс, известный как генная конверсия, нередко описывают как своеобразный механизм «копирования и вставки». В конечном счете он может делать две копии гена более похожими друг на друга.
У людей и большинства животных этот механизм действует преимущественно как фоновый процесс, незаметно устраняющий повреждения ДНК по мере их возникновения. Однако у амазонской моллинезии он, по всей видимости, играет куда более заметную роль в поддержании целостности генома.
Райсмейер и его коллеги сравнивали ДНК амазонских моллинезий на протяжении нескольких поколений. Они обнаружили, что отдельные участки ДНК моллинезии многократно «перезаписывались» — не в результате генетической перетасовки при половом размножении, а через генную конверсию, происходящую у моллинезий значительно чаще, чем у большинства других животных. По всей видимости, у моллинезий генная конверсия выполняет для генома примерно ту же роль, что половое размножение — для нашего: она помогает ограничивать накопление вредоносных мутаций.
Чтобы понять, как бесполый вид способен к столь масштабной генной конверсии, полезно обратиться к происхождению этого вида. Как и большинство бесполых животных, амазонская моллинезия возникла в результате единственной случайной встречи. Исследования показывают, что это произошло около 100 000 лет назад, когда самка атлантической моллинезии спарилась с самцом парусной моллинезии.
В отличие от большинства гибридов — например, мулов или лигеров — это скрещивание не дало бесплодного потомства. Вместо этого оно породило линию, способную размножаться без полового партнера. Поэтому каждая амазонская моллинезия несет генетический материал двух видов-предков, что изначально обеспечивает виду высокое генетическое разнообразие — биологическую фору в борьбе с храповиком Мюллера.
Это двойное наследие, по всей видимости, — ключ к способности моллинезии к столь всестороннему генному конверсированию. Поскольку виды-предки достаточно близко родственны, их гены достаточно схожи, чтобы в основном выполнять одни и те же функции, но достаточно различны, чтобы предоставлять широкий спектр шаблонов для работы.
Не менее удивительно и то, что этот процесс копирования и вставки, по всей видимости, происходит в одних частях генома чаще, чем в других.
«Именно в тех местах генома, где ожидаются наиболее тяжелые, наиболее опасные и наиболее вредоносные мутации, мы и наблюдаем наиболее частую генную конверсию», — говорит Райсмейер. В результате получается вид, находящийся в поразительно хорошем генетическом состоянии вопреки 100 000 годам жизни без полового размножения.
Значение этого открытия выходит далеко за рамки амазонской моллинезии. Понимание альтернативных стратегий борьбы с генетическими «ошибками» может иметь широкие последствия для биологии человека. Ведь вредоносные мутации свойственны не только бесполым видам.
«Рак — это болезнь мутаций», — говорит Райсмейер. Хотя он осторожен в оценке значимости своих выводов, он полагает, что все, что способно углубить наше понимание генетических мутаций и стратегий природы по борьбе с ними, в долгосрочной перспективе окажется полезным.
Что касается других долгоживущих видов, состоящих исключительно из самок, Райсмейер считает, что генная конверсия «вероятно, часть картины и у других бесполых организмов».
