Альтернативная эволюция

Зачем изменять свои гены, когда их можно взять у других

Многим более столетия основной принцип эволюции звучал следующим образом: растения и животные могут генетически адаптироваться таким образом, чтобы помочь себе выживать и размножаться.

Однако теперь в исследовании, которое публикует авторитетный журнал "Science", биолог Джон Джаенайк (John Jaenike) из Университета Рочестера и его коллеги приводят яркий пример нового механизма эволюции. В предыдущих зафиксированных случаях эволюции, черты, которые повышают способность животных выживать и воспроизводиться были связаны с наличием благоприятных вариантов генов, которые животное передает своим потомкам. Команда Джаенайка смогла запечатлеть яркий пример того как бактерия заражая животное, дает ему репродуктивное преимущество, и которое передается от матери к детям. Эти симбиотические отношения между животным-хозяином и бактерией дают животному-хозяину готовую защиту от опасностей в окружающей среде, распространяясь тем самым по популяции путем естественного отбора - способом, которым распространяется "благоприятный" ген.

Джаенайк приводит первое значимое сообщение о подобном эффекте в дикой природе в своем докладе "Адаптация через симбиоз: распространение защитного симбиотического организма дрозофилы" ("Adaptation via Symbiosis: Recent Spread of a Drosophila Defensive Symbiont"). Ученый говорит, что это может быть общим явлением, которое незаметно происходит в различных организмов уже "целую вечность".

Помимо проливания света на важный эволюционный механизм, новые результаты могут помочь в разработке методов, использующих бактерий-защитников для предотвращения болезней у людей.

Джаенайк изучил Drosophila neotestacea - вид мух, на котором паразитируют черви нематоды, один из наиболее распространенных, разнообразных и разрушительных паразитов растений и животных в природе. Нематоды вторгаются в самок молодой мушки, скрываясь под их кожей и препятствуя откладыванию яиц в момент их созревания. Однако, когда самка мухи также заражена разновидностью бактерии спироплазмы (Spiroplasma), нематоды растут плохо и лишены возможности стерилизовать мух, заметил Джаенайк. Он также обнаружил, что в результате такого положительного воздействия спироплазмы, эта бактерия распространяется по всей Северной Америке и быстро увеличивается в численности в мухах, тогда, когда они передаются от самок их потомству. Наблюдая за "сохранившимися" с начала 1980-х годов мушками Джаенайк установил, что полезные бактерии присутствовали лишь в приблизительно 10 % мух в восточных Соединенных Штатах. К 2008 году численность инфекции спироплазмы возросло примерно до 80%.

"Эти мухи действительно полностью поражались нематодами в 1980-ых годах, и любопытно увидеть, что происходит сегодня. Распространение спироплазмы заставляет меня задаться вопросом, насколько быстро идет эволюционный процесс под поверхностью всего, что мы способны увидеть", сказал Джаенайк.

Он заключил, что существенное увеличение числа инфекции спироплазмы было эволюционным ответом на недавнюю колонизацию Северной Америки нематодами. Поскольку нематоды вторглись на континент, бактерии оказались удобной и мощной защитой против эффекта стерилизации нематод. В настоящее время большинство мух в восточной части Северной Америки носят в себе бактерии, а бактериальная инфекция продолжает распространяться на запад. Без каких-либо мутаций в своих собственных генах, мухи быстро развивают защиту от чрезвычайно вредных паразитов элементарным поглощением (ассимиляцией) другого организма и передачей его из поколения в поколение.

"Это прекрасный случай, показывающий, что основной причиной присутствия спироплазмы в этих мухах связано с их защитной ролью", сказала Нэнси Моран, профессор экологии и эволюционной биологии в Йельском университете. Моран исследует роль защитных симбиотических организмов в тле. "Эти наследственные симбиотические организмы являются одним из способов, позволяющих животному-хозяину быстро приобрести новую защиту. Один из способов получить действительно новую защиту заключается в том, чтобы получить целый организм вместо того, чтобы видоизменить ваши собственные гены, которые не могут варьироваться с самого начала".

Также работа Джаенайка может иметь значение для борьбы с болезнями. Нематоды несут и передают серьезные человеческие болезни, включая "речную слепоту" (онхоцеркоз) и слоновую болезнь (элефантиаз). Раскрывая первое доказательство естественной, бактериальной защиты против нематод, работа Джаенайка может проложить путь к новым методам контроля за нематодой. Ученый намерен исследовать эту тему и в будущем.