Крохотные беспозвоночные животные пользуются генами от растений, грибов и даже бактерий
Пётр Смирнов
Примитивное животное, неспособное к половому размножению, коловратка, умеет нечто, недоступное даже многим людям, — учиться на чужих, а не своих ошибках. В её геноме нашлись участки не только от других животных, но и от растений, грибов и даже бактерий. И коловратка, судя по всему, может выбирать, какими генами ей пользоваться – по крайней мере, в эволюционном смысле слова «выбирать».
Мы настолько склонны одушевлять весь животный мир, что отсутствие какого-либо процесса жизнедеятельности, характерного для нас самих, становится отличительной чертой вида. Для коловраток Bdelloidea – это полное отсутствие полового размножения, которому мы обязаны не только моментами удовольствия, но и всем многообразием видов на нашей планете.
Зато учёные из Гарварда уличили коловратку в «лёгком поведении», обнаружив в её геноме многочисленные участки ДНК от организмов из других царств – растений, грибов и даже бактерий. Как пояснила «Газете.Ru» руководитель исследования, выпускница биологического факультета МГУИрина Архипова, «источником был не один вид живых существ».
Исследованная биологами коловратка Adineta vaga оказалась не просто вместилищем информации – она может активно использовать её, задействуя те или иные гены. В эволюционном масштабе это могло оказаться даже эффективней традиционного естественного отбора, когда вид «учится на своих собственных ошибках».
Не по размерам «мудрая» коловратка смогла привлечь жизненный опыт, но не отдельных особей, а целых видов, запечатленный в последовательности ДНК.
Половое размножение (у некоторых одноклеточных это половой процесс) необходимо для обеспечения непрерывной изменчивости — залога выживаемости в условиях непрерывно меняющихся условий окружающей среды — климата, пищи, конкурентов и хищников. Этот жизненный этап создан таким образом, что происходят максимальные перестройки и изменения генома как на уровне отдельных «кирпичиков», нуклеотидов, за счет точечных мутаций, так и на более крупном уровне «блоков» — генов — за счет кроссинговера и рекомбинации.
В результате дочерние организмы обладают не просто новыми свойствами — они генетически отличаются от своих родителей. И пускай у части особей эти свойства могут стать «несовместимыми» с жизнью, для других приобретенные свойства могут открыть новые горизонты.
Коловратки, у которых отсутствует любая, даже самая примитивная схема полового процесса, несмотря на это, смогли за последние 80 миллионов не просто выжить, но и распространиться практически во всех водоемах. Более того, именно этих животных считают рекордсменами по выживаемости в засушливых условиях и при сильном облучении радиацией.
Такой феномен частично объяснили Наталья Пучкина-Станчева и её коллеги из Университетов Кембриджа, Потсдама и Анже в одном из прошлогодних выпусков Science. Ученые обнаружили у коловраток способность «выбирать» между двух генов, что и обеспечивает им «засухоустойчивость».
Ирина Архипова и её коллеги продемонстрировали не менее уникальные свойства
– правда, на другом виде коловраток, Adineta vaga, также чрезвычайно устойчивом к пересыханию.
Проанализировав геном Adineta vaga и сравнив его с функциональными последовательностями ДНК, кодирующими известные белки самых разнообразных организмов, ученые обнаружили совпадения, до сегодняшнего дня не описанные ни для одного многоклеточного организма. Все исследованные гены оказались «полноценными» – то есть содержали точку начала считывания и стоп-кодон, необходимые для нормальной работы генома. И хотя функциональная активность была продемонстрирована только для некоторых из них, Ирина Архипова отметила, что и остальные, скорее всего, активны.
Такой обмен наследственной информацией попадает под определение так называемой горизонтальной передачи генов, поскольку гены организм получает не от родителей, а как, видимо, произошло в данном случае – из окружающей среды или из содержимого своей пищеварительной трубки.
Ученые установили ещё ряд интересных фактов: во-первых, бактериальные гены, «усвоенные» коловратками, содержали абсолютно нехарактерные для прокариот «несмысловые» вставки – интроны, встроившиеся в ДНК уже после частичного поглощения бактериального генома коловраткой. У эукариот эти участки, а точнее – комплементарные им отрезки иРНК, считываемой с ДНК, вырезаются, а оставшиеся смысловые – склеиваются, что биологи пронаблюдали и при обработке «бактериальных генов» коловраток их клеточными механизмами.
Во-вторых — большинство «удочерённых» последовательностей скоплено в концевых участках хромосом – теломерах, отличающихся от остальных областей своими свойствами. Они непрерывно достраиваются, а при укорочении ниже критической отметки становятся «липкими», легко соединяясь со специальными мобильными элементами ДНК. Последний феномен был описан Ириной Архиповой и Евгением Гладышевым в прошлом году. Возможно, в этом и кроется механизм включения коловратками в свой геном чужеродных участков ДНК.
В опубликованной в Science статье предположения о происхождении феноменальной способности к заимствованию чужих генов от других видов, родов и даже царств отсутствуют, ведь экспериментально подтвердить ни одно из них пока не удалось.
Но у ученых есть «определенные гипотезы по этому поводу» — в частности, что такое поведение стало возможным благодаря «необычайной устойчивости к высыханию с последующей регидратацией».
В ходе этого процесса происходит нарушение целостности клеточной мембраны, и участки ДНК гриба, растения, бактерии или животного могут легко проникнуть внутрь клеток как из окружающей среды, так и из полости кишечной трубки. Конечно, необходимо стечение должных обстоятельств, чтобы изменения прошли именно в клетках, которые дадут начало новому организму. «Эти клетки обычно хорошо защищены», но и для них характерны все описанные выше процессы.
«Дальше всё развивается по классической схеме естественного отбора», — поясняет Ирина Архипова.
Если в составе включенной ДНК есть «полезный» ген, то он сохраняется в поколениях, в противном случае – особь либо погибает, либо оставляет меньше потомков, чем более успешные родственники.
И как показали последние 80 миллионов лет, коловратки, судя по всему, научились делать правильный выбор, став единственными животными, способными перенимать опыт других видов и передавать его своим потомкам в виде ДНК.
Цивилизация
