Червь об одной хромосоме

Круглый червь прожил 18 млн лет без преимуществ полноценного полового размножения.

Половое размножение гораздо выгодней с точки зрения эволюции, чем бесполое, поэтому обычно, если есть такая возможность, живые организмы спешат научиться именно половому размножению. Известно (и в том числе из экспериментов), что животные, которые размножаются бесполым способом, гораздо хуже приспосабливаются и обычно довольно быстро вымирают.

Но тут, как обычно, есть исключения, и одно из самых примечательных – круглый червь Diploscapter pachys, геном которого секвенировали исследователи из Нью-Йоркского университета и описали в статье в Current Biology.

На протяжении 18 млн лет – именно столько существует этот вид – черви себя клонировали, размножаясь партеногенетическим способом. Тут стоит заметить, что партеногенез, строго говоря, считается половым размножением, т. к. здесь начало организму дают начало настоящие половые клетки. Однако при партеногенезе не работают те механизмы, которые дают генетическую изменчивость популяции. То, что черви не вымерли, означает, что им удавалось как-то поддерживать изменчивость среди себя.

В случае полового размножения генетическая изменчивость получается благодаря особому способу формирования половых клеток. Их клетки-предшественники делятся не так, как обычные клетки. Как мы знаем, у нас (и у большинства животных) в каждой клетке находится по два гомологичных варианта каждой хромосомы, один вариант от матери, другой от отца – они объединились в зародыше при оплодотворении. Когда делится обычная клетка, она сначала удваивает каждый вариант, и при делении дочерним клеткам достается по одной копии отцовского и материнского вариантов каждой хромосомы (или, иначе говоря, от каждой гомологичной хромосомы) – такое деление называют митозом.

Когда же делится клетка-предшественник половой клетки, то деление происходит в два этапа. На первом этапе дочерним клеткам достаются либо обе копии материнской хромосомы, либо обе копии отцовской. И так с каждой хромосомой – то есть дочерней клетке отходят обе копии материнской первой хромосомы, потом, например, снова обе копии материнской второй, а потом – обе копии отцовской третьей, и т. д. Набор их в каждой клетке может быть разным, главное, чтобы количество совпадало.

И затем следует еще одно деление: дочерние клетки делятся, отдавая своим потомкам по одной копии каждой хромосомы – они ведь их получили в двух копиях сразу. В результате в готовых сперматозоидах и яйцеклетках от каждой хромосомы остается только одна копия только одного варианта, отцовского или материнского – такой способ деления « в двух частях» называется мейозом.

Распределение хромосом во время формирования половых клеток – важный источник изменчивости: отцовские и материнские варианты расходятся случайным образом. Добавочную изменчивость придает молекулярный процесс, который называется кроссинговер. Суть его в том, что перед тем, как разойтись, отцовские и материнские варианты сближаются и обмениваются кусками ДНК: гены с отцовской хромосомы переходят на материнскую, и наоборот. Понятно, что при оплодотворении, когда встречаются половые клетки разных особей, у нас получается организм с новой, доселе невиданной комбинацией генов.

Но если организм размножается клонированием самого себя, как черви D. pachys, его клетки ни с кем чужим не встречаются. Между тем при партеногенезе у него формируются половые клетки (яйцеклетки), из которых потом развивается взрослый червь. Если бы все те манипуляции с хромосомами, которые происходят при формировании половых клеток, происходили и в этом случае, то все черви приобрели бы абсолютно одинаковые гены.

Но у D. pachys есть две особенности. Во-первых, клетки-предшественники яйцеклеток делятся у него только одним делением, а не двумя. Они пропускают то деление, во время которого гомологичные хромосомы сближаются и обмениваются генами. Такую уловку используют и другие организмы, которые решили попытать счастья в бесполом размножении.

И во-вторых, у D. pachys всего одна пара хромосом, образовавшаяся когда-то давно при объединении шести других хромосомных пар, которые были у предков этого червя. Одна-единственная хромосомная пара – редчайший случай среди животных, и до сих было известен только один вид муравьев и один вид паразитических круглых червей, у которых тоже по одной паре хромосом.

То, что у червя всего одна пара хромосом и отсутствует обмен генами (кроссинговер), помогает ему поддерживать генетическое разнообразие в потомках. Перемешивание генов хорошо тогда, когда после перемешивания хромосомы находят гомологичную пару откуда-то извне. В случае партеногенеза перемешивание привело бы к тому, что гены унифицировались – гомологичные хромосомы несли бы одинаковые копии генов. А так у червя для каждого гена есть разные варианты, и если в каких-то условиях один из вариантов гена не справится, то вполне возможно, что трудности преодолеть поможет другой вариант.

Дальнейшие перспективы D. pachys как вида неясны: пока что отказ от перемешивания генов позволял ему выживать на протяжении 18 млн лет, однако по эволюционным меркам это не такой уж большой срок.