Автор фото, Manfred Schart
В реках Мексики и южного Техаса живет рыба, которой, по мнению многих биологов, вообще не должно существовать.
В теплых спокойных водах среди стай самок плавает небольшая серебристая рыбка. Она выбирает себе партнера среди самцов близкородственных видов, но дальше происходит несколько необычное. Его роль в размножении практически сразу заканчивается.
Сперма нужна ей только как своеобразный «пусковой механизм». ДНК самца в потомство не попадает. В результате рождаются только самки – генетические копии своей матери.
Такая форма неполого размножения называется гиногенезом.
А вид рыбы – амазонская молинезия, в честь легендарных амазонок из древнегреческих мифов. Почти столетие она остается одной из величайших загадок эволюционной биологии.
Согласно классической теории эволюции, виды, размножающиеся без полового процесса, обречены на скорейшее вымирание. Однако амазонская молинезия существует уже около 100 тысяч лет и совсем не похожа на вид, стоящий на грани исчезновения.
Так как ей удается выживать?
Зачем природе секс
Чтобы понять загадку амазонской молинезии, следует сперва ответить на другой вопрос: зачем вообще существует половое размножение?
На первый взгляд, это довольно неэффективный способ продолжения рода. Нужно искать партнера, конкурировать за него, тратить время и ресурсы. К тому же каждый родитель передает потомству лишь половину своих генов.
Бесполое размножение выглядит гораздо выгоднее. Не нужно никого искать, а потомки получают 100% генетического материала от родителя.
И все же в природе самое половое размножение стало почти универсальным. По словам эволюционного биолога Дэйва Спеера из Амстердамского университета, 99,9% живых организмов используют именно этот механизм.
Причина проста: секс создает генетическое разнообразие.
Автор фото, Getty Images
Во время размножения гены матери и отца перемешиваются, образуя уникальную комбинацию. Это похоже на постоянную тасовку бревна карт. Каждое новое поколение получает собственный набор генетических «карт», помогающий виду приспосабливаться к изменениям жизни.
Кроме того, половое размножение помогает избавиться от вредных мутаций.
При копировании ДНК неизбежно возникают ошибки.
У видов с половым размножением многие такие ошибки со временем отсеиваются естественным отбором. У клонов все по другому: мутации передаются из поколения в поколение и равномерно скапливаются.
Этот процесс часто сравнивают с храповым механизмом, который вращается только в одну сторону. В науке он известен как «храповик Мюллера».
Согласно теории, рано или поздно геном должен настолько деградировать, что вид просто исчезнет.
Поэтому долгое существование амазонской молинезии выглядит настоящим эволюционным парадоксом.
Впрочем, некоторые исследователи считают, что проблема не в самой теории, а в ее слишком буквальной трактовке.
«Храповик Мюллера не утверждает, что вид без полового размножения обязательно обречен», — объясняет Спеер.
По его словам, любой живой организм должен определенным образом бороться с генетическими ошибками. Секс – только один из возможных инструментов.
Эволюционный скандал
Амазонская молинезия – не единственный пример.
В природе существуют и другие виды, обходящиеся без самцов десятки миллионов лет.
Самые известные среди них – коловратки. Эти крошечные существа размером с песчинку обитают в пресных водоемах по всему миру.
Ученые даже называют их «эволюционным скандалом».
Причина проста: по всем расчетам они должны были исчезнуть миллионы лет назад. Но коловратки не только выжили, но и хорошо себя чувствуют.
Более того — они научились буквально воровать чужие гены.
В отличие от большинства животных, получающих гены только от своих родителей, коловратки способны заимствовать генетический материал из окружающей среды.
Обычно такая способность свойственна бактериям, но коловратки также научились использовать чужие гены себе на пользу.
Одни помогают им переживать обезвоживание, другие защищают от болезней.
Автор фото, Alamy
Эти удивительные создания выдерживают условия, которые убили бы большинство живых организмов: космические полеты, экстремальное обезвоживание и даже замораживание в течение 24 тысяч лет в сибирской вечной мерзлоте.
Однако даже этот механизм, вероятно, не дает полного ответа на вопрос, как бесполые виды избегают генетического вырождения.
Генетическое «копировать-вставить»
Недавно ученые встали на шаг ближе к разгадке тайны амазонской молинезии.
Исследователи из Мюнхенского университета обнаружили, что у этой рыбы очень активно работает механизм восстановления ДНК, известный как конверсия гена.
По сути, это своеобразная система «копировать-вставить».
Если одна копия гена повреждается, клетка может использовать другую в качестве образца для ремонта.
У людей этот процесс тоже происходит постоянно, но играет скорее вспомогательную роль.
В амазонской молинезии ситуация совсем другая.
Анализ генома показал, что отдельные участки ее ДНК многократно «перезаписываются» именно благодаря генной конверсии. В результате вредные мутации устраняются еще до того, как успевают накопиться.
Фактически этот механизм выполняет ту же функцию, что и половое размножение у большинства других животных.
Эта уникальная способность имеет интересное происхождение.
Около 100 тысяч лет назад самка атлантической молинезии скрестилась с самцом парусной молинезии.
Обычно такие гибриды оказываются бесплодными, но в этот раз произошел сбой.
Так возник новый вид, способный размножаться без генетического участия самцов.
Автор фото, Getty Images
Сегодня каждая амазонская молинезия несет в себе наследие сразу двух разных видов.
Именно это обеспечивает высокий уровень генетического разнообразия и широкий набор вариантов для восстановления поврежденных участков ДНК.
Вероятно, именно поэтому ее система генетического ремонта работает столь эффективно.
Особенно интересно, что чаще всего она исправляет самые опасные мутации — те, которые потенциально могли бы нанести организму наибольший вред.
Новый взгляд на эволюцию
Это открытие может иметь значение не только для понимания эволюции.
Мутации лежат в основе многих человеческих заболеваний, в том числе онкологических.
«Рак — это прежде всего болезнь мутаций», — объясняет один из авторов исследования Эдвард Райземаер, биолог из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана.
Поэтому любые новые знания о том, как природа находит и исправляет генетические ошибки, однажды могут оказаться полезными и для медицины.
Пока ученые не знают, сможет ли амазонская молинезия поддерживать генетическое здоровье еще сотни тысяч или даже миллионы лет. Но уже сейчас очевидно: жизнь без полового размножения совсем не обязательно ведет к эволюционному тупику.
«Мы долго считали, что половое размножение — единственный надежный способ поддерживать здоровье генома. Теперь выяснилось, что существует и другой путь», — говорит Райземаер.
И похоже, что маленькая серебристая рыбка успешно пользуется им уже сто тысяч лет.
