Рыба, прожившая 100 000 лет без самцов, бросила вызов эволюционной теории

В тёплых медленных водах Техаса и Мексики плавает рыба, которую эволюционная теория называет тупиком. Амазонская моллинезия — вид, состоящий исключительно из самок. Она не нуждается в мужских генах для размножения. Всё, что ей нужно от самцов близкородственных видов, — только толчок: сперма запускает развитие яйцеклетки, но мужская ДНК немедленно отбрасывается. Каждое новое поколение — клон предыдущего.

Эволюционная теория предсказывает таким видам скорую смерть. Без полового размножения, которое перемешивает гены двух родителей, вредные мутации не отсеиваются. Они накапливаются. Храповик Мюллера прокручивается щелчок за щелчком, деградируя геном, пока вид не исчезает. Амазонская моллинезия существует около 100 000 лет. По расчётам, она должна была исчезнуть десятки тысяч лет назад. Но она процветает.

«Половое размножение — довольно странный и сложный способ размножения, верно? — говорит вычислительный биолог Эдвард Райсмайер из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, соавтор нового исследования. — Теории не хватало одного куска. И этим куском оказалась генная конверсия».

Генная конверсия — не уникальное явление. Она происходит и у людей, и у большинства животных. Каждая клетка несёт две копии большинства генов — одну от матери, одну от отца. Когда ДНК повреждается, клетка иногда использует одну копию как шаблон для исправления другой. Это похоже на систему «копировать-вставить»: повреждённый участок перезаписывается по образцу нетронутой копии.

У большинства видов генная конверсия работает как тихий фоновый процесс, исправляющий случайные поломки. У амазонской моллинезии она выведена на первый план. Исследователи сравнили геномы моллинезий через несколько поколений и обнаружили: целые участки ДНК неоднократно «перезаписывались». Генная конверсия работает у этой рыбы гораздо активнее, чем у других животных. И делает она это там, где это нужнее всего.

«Типы мутаций, которые мы ожидаем как самые худшие, самые опасные, самые вредные, — это именно те места в геноме, где генная конверсия происходит чаще всего», — говорит Райсмайер.

Результат: вид, который провёл 100 000 лет без полового размножения, находится в удивительно хорошем генетическом здоровье.

Происхождение амазонской моллинезии помогает объяснить этот механизм. Вид возник около 100 000 лет назад из случайной встречи: самка атлантической моллинезии спарилась с самцом парусной моллинезии. В отличие от большинства гибридов, которые бесплодны, эта линия оказалась способна размножаться без самцов. Каждая современная амазонская моллинезия несёт генетический материал двух предковых видов. Два набора генов достаточно похожи, чтобы выполнять одни и те же функции, но достаточно различны, чтобы предоставлять широкий спектр шаблонов для генной конверсии.

Амазонская моллинезия — не единственное бесполое животное, которое существует дольше, чем предсказывает теория. Коловратки-бделлоиды живут без самцов десятки миллионов лет. Их называли «эволюционным скандалом», говорит биолог Кьяра Боскетти из Университета Плимута. Они выживают отчасти за счёт горизонтального переноса генов — кражи ДНК из окружающей среды, включая гены бактерий, грибов и даже растений. Некоторые из этих украденных генов помогают выживать в экстремальных условиях: при высыхании, замораживании, даже в космосе.

Но для Райсмайера значение его открытия шире. Понимание альтернативных стратегий управления генетическими ошибками может иметь значение и для человеческой биологии. «Рак — это болезнь мутаций», — говорит он. Всё, что углубляет понимание того, как природа справляется с мутациями, может помочь в долгосрочной перспективе.

«Мы думали, что половое размножение — единственный правильный способ поддерживать геном в здоровом состоянии, — говорит Райсмайер. — Но теперь мы выяснили, что есть и другой путь. Другой маршрут к тому же результату».

Вопрос остаётся открытым. Если природа нашла альтернативный способ поддержания генома без полового размножения, то сколько ещё «эволюционных тупиков» на самом деле являются жизнеспособными стратегиями, которые наука просто не изучила? И что это означает для понимания границ жизни — как на Земле, так и за её пределами?