Дафнии подтвердили гипотезу Черной Королевы

Британские исследователи на примере планктонных рачков дафний показали, что половое размножение обеспечивает повышенную защиту от паразитов по сравнению с бесполым уже в первом поколении потомков. Это позволяет объяснить, почему половое размножение остается самым распространенным типом размножения у эукариот — несмотря на его большие энергетические затраты. Статья опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Половое размножение требует гораздо больших затрат энергии, чем бесполое. При прочих равных популяции, размножающие бесполым путем, увеличивают свою численность быстрее, чем популяции, размножающиеся половым способом: им не нужно искать партнеров для спаривания и производить самцов, а коадаптированные генные комплексы не разрушаются в процессе рекомбинации. Несмотря на все это, половое размножение остается самым распространенным типом размножения среди эукариот.

Почему это так, до сих пор не до конца понятно. Одно из основных объяснений описано в гипотезе Черной Королевы. В общем виде эта гипотеза предполагает, что все живые организмы должны непрерывно эволюционировать не только для того, чтобы приобрести какие-то преимущества, но и для того, чтобы просто выжить в «эволюционной гонке вооружений», то есть в борьбе с конкурентами, хищниками и паразитами. Своим названием гипотеза обязана фразе Черной Королевы из «Алисы в Зазеркалье» Льюиса Кэррола: «Ну а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте». В частности, гипотеза объясняет преимущество полового размножения по сравнению с бесполым тем, что рекомбинация ДНК, происходящая при половом размножении, за счет непрерывной перетасовки аллелей обеспечивает возникновение новых генотипов. Эти новые разнообразные генотипы служат материалом для естественного отбора и обеспечивают устойчивость популяции хозяев к паразитам — несмотря на то, что паразиты тоже непрерывно эволюционируют, образуя все новые генотипы.

Авторы новой статьи решили проверить эту гипотезу на примере планктонных рачок дафний Daphnia magna и живущих в них паразитов — бактерий Pasteuria ramosa. Дафнии способны размножаться и бесполым, и половым способом. Большую часть года они размножаются партеногенезом, при котором из диплоидных яйцеклеток, которые образуют самки, развиваются следующие поколения самок. Однако осенью из таких же диплоидных яиц под влиянием внешних факторов развиваются самцы, которых самки затем используют для полового размножения.

Собрав в пруду дафний, ученые, немного подождав, получили две группы потомков: появившихся в результате партеногенеза и появившихся в результате полового размножения. В лаборатории обе группы заражали бактериями Pasteuria ramosa, полученными из того же пруда одновременно с дафниями, и бактериями, полученным оттуда же, но на год позже. Оказалось, что бактерии того же года размножались в группе потомков, полученных бесполым путем, гораздо быстрее,чем в группе потоков, полученных половым путем. Кроме того, потомки, полученные половым способом, были в два раза более устойчивыми к бактериям следующего года (то есть к тем, которые коэволюционировали одновременно с их родителями), чем потомки, полученные бесполым путем.

Как заключают авторы, результаты еще раз подтверждают гипотезу Черной Королевы, указывая на особую роль паразитов в возникновении и поддержании полового размножении. При этом, как показало исследование, преимущество полового размножения по сравнению с бесполым становится заметно уже в первом поколении потомков.

Недавно ученые описали еще один пример «эволюционной гонки вооружений» в действии: некоторые популяции тасманийских дьяволов всего за несколько поколений сумели приобрести устойчивость к инфекционному раку DFTD (Devil facial tumour disease, «лицевая опухоль дьявола»), смертельному практически в 100 процентах случаев.

Софья Долотовская