Проповеди об эволюции: о пользе вредного, чужом среди своего и (не)равноправии полов
Прошлая лекция интригующе оборвалась на горизонтальном переносе генов у прокариот...
...и тут же я вставлю к слову ссылку на работу, про которую в прошлый раз запамятовала (тут - кратенький русскоязычный обзор). Археи Methanoperedens, которые окисляют метан, используют для этого в том числе гигантские внехромосомные структуры ДНК. Интересно то, что в этих структурах содержатся гены разных видов - вот он, горизонтальный перенос! - да в больших объёмах. И обозвали оные штуки, которые сильно отличаются от всего другого внехромосомного, «боргами» в честь расы из «Звёздного пути», которая всех и вся ассимилировала. Археи, которые обмениваются боргами - это вам не научная фантастика, а фантастическая наука :-)))
Казалось бы, эукариоты со своим половым размножением и разборчивостью не должны размениваться на какой-то там ГПГ.
Ан нет!
Где бы вы ни решили набрать планктона - в океане, в озере или в луже - вам непременно попадутся вездесущие диатомеи, они же - диатомовые водоросли (родственники, с одной стороны, большущих водорослей вроде «морской капусты» ламинарии, а с другой - инфузорий!): ну очень они успешные.
(Насчёт центрических и пеннатных - на эти группы делят диатомей по форме панциря: у центрических радиальная симметрия, у пеннатных - двусторонняя).
И, похоже, красивой внешней части своего успеха, состоящей из кремния, диатомеи обязаны и бактериям! (И ещё во многих вещах, стало быть, бактерии диатомеям подсобили - например, в синтезе витамина B12).
Потому что, замечу я с умным видом, если бы все живые организмы постоянно и беспорядочно обменивались бы генами, вместо убедительного биоразнообразия была бы какая-то невразумительная биомасса.
Между прочим, 1-5 удачных заимствований за миллион лет для бактерий и одноклеточных эукариот - это и много, и мало одновременно, если подумать. Как в том старом анекдоте про теорию относительности: один волос на голове - мало, а в супе - много. Поколения-то у этой мелочи сменяются за считанные часы (что у бактерий, что у дрожжей)...
Если бы естественный отбор был человеком, он бы ни за что не прошёл знаменитый тест с зефирками :-)))
Это, цитирую, «глубокомысленная табличка». С одной стороны, вредное - как-то мутагенез, старение и гостеприимность по отношению к чужим генам (ГПГ у реципиента) есть вредное, и поэтому на это всё идёт отрицательный отбор (прямой отбор -). С другой - от этого всего иногда могут быть приятные плюшки - да, даже у старения, если вы почвенная нематода :-))) (прямой отбор +). Со стороны уже третьей, отбор может идти на что-то другое, а могут проявляться побочные эффекты (косвенный отбор +). Или, позволю себе перефразировать в данном случае - поскольку нет в мире совершенства и за всё приходится платить, не получится так, что у вас никогда не проскакивают мутации, вы одновременно плодовитый и долгоживущий, а ДНК, которой разбрасываются всякие эгоисты, никак не достигает вашего генома. Ну и, наконец, не может отрицательный отбор был настолько въедливым, чтобы не пропустить что-то слабовредное.
Отсюда мораль, как говорится.
«Ещё одна глубокомысленная картинка». Не такие уж неразборчивые, на самом деле, прокариоты, и не настолько недотроги - эукариоты.
Собственно, чтобы убедиться во второй части тезиса, достаточно прогуляться вдоль московских прудов (особливо по осени) и повстречать пару-тройку крягарей - межродовых гибридов :-)))
Стало быть, и у прокариот может быть что-то вроде видов! Не штаммами едиными!
Оказывается, кстати, этих бактерий можно встретить не только в толще океанских вод, но и на коже содержащихся в аквариуме кошачьих акул.
Тут, если подумать, всё вполне логично. Раффлезия - паразит, и ещё какой: очень хорошо она в хозяйские ткани врастает. Как тут ненароком генами и не поменяться? Обратите внимание - митохондриальными: у растений, в отличие от животных, митохондриальный геном большой и, к тому же, восприимчивый к переносам.
А вот как этот цветочек таскает у других растений гены - честно говоря, затрудняюсь предположить. Вроде не паразит, не в симбиозе особо ни с кем... может, минутка отсебятины, она это как-то через почвенных бактерий делает?
Вольбахия - мелочь, родственница предка митохондрий... но хитрая, как чёрт!
К слову вспомнился ещё один паразит, не столь причудливый, но тоже передающийся в некотором смысле вертикально - пусть и не так буквально, как вольбахия: лягушачья многоустка, которая синхронизирует свой репродуктивный цикл с хозяйским. Когда мечет икру лягушка, выходят из её организма и яйца многоустки, личинки которой заражают потом головастиков.
Так что же у вольбахии? Она лезет прямо в яйцеклетку, чтобы гарантированно достаться новому поколению, скажем, насекомых (или других членистоногих, или нематод). Самцов же вольбахия считает, цитирую, «плохим изобретением природы». Посему она не даёт им даже появиться на свет. И невылупившиеся самцы становятся пищей для новорождённых самок (в материале Александра Владимировича на «Элементах», посвящённом вольбахии, меня привело в полный восторг предложение про заражённых божьих коровок: «Оставшиеся яйца, содержащие бренные останки нерожденных «божьих бычков», немедленно пожираются их сестрами»).
У перепончатокрылых, например, с гаплодиплоидной системой определения пола - ленивый трутень получается из неоплодотворённого яйца, а пчёлка, у которой нету выходных, из оплодотворённого - вольбахия превращает будущего самца в самку остроумным, но грубым способом: удваивает ему геном - был гаплоид, стал диплоид, здравствуй, партеногенез! У некоторых видов вольбахия вообще вычистила самцов полностью, остались только самки.
Но это ещё что! У мокриц - довольно забавных, хотя и традиционно нелюбимых обывателем ракообразных (не надо их бояться: они безобидны, просто любят сырость), заражённые самцы превращаются в самок в течение жизни...
Наконец, вольбахия старается стать для жертв немножко другом: вроде как повышает им плодовитость и даже защищает от вирусов. Впрочем... есть нюанс, как всегда. Вольбахия выделяет токсины, от которых сама же может хозяина и вылечить. И если её вылечить (например, тетрациклином), хозяин погибнет от вольбашьего (вольбахского? вольбахиевого?) яда, который долго держится в организме. И с этим же подлым механизмом связано «инфекционное видообразование», когда заражённые одним штаммом насекомые не могут скреститься с заражёнными другим.
При столь тесном сосуществовании грешно было бы генами не поделиться с мухой даже такой эгоистке, как вольбахия.
Ничего с собой поделать не могу - всегда, когда слышу о фитопатогенных нематодах, представляю себе хищные грибы, которые их едят :-)))
А ещё подобным занимается умилительнейший моллюск «морская овечка».
Стало интересно, что же происходит с такой вот «фотосинтезирующей» элизией в темноте. Таки да, как и логично было предположить, жить ей становится тяжко.
А чтобы на табличку можно было полюбоваться полноценно, даю ссылку на статью.
А кроме того, некоторые оболочники накапливают в себе ванадий. Возможно, всё это делает их не особо вкусными для большинства хищников.
Сыр с плесенью - признаться, тоже не на всякий вкус деликатес :-))) При том, что вкус-то может быть и ничего, запах и представление о плесени как о чём-то неприятном меня лично удерживают от дегустации подобных вещей.
А благодаря тем, кого не удерживали мои предрассудки, сырная плесень разных штаммов смогла хорошенько поменяться генами.
А это, между прочим, яркий пример расширенного фенотипа! Равно как генотип бобра определяет форму плотины, так же и гены вируса ядерного полиэдроза заставляют гусениц растекаться по древу (в самом буквальном смысле; вирус даже используют как пестицид!), и гены сырной плесени увеличивают или понижают свои шансы на распространение, влияя на ощущения дегустаторов.
Заинтересовалась, а делал ли кто-нибудь что-то похожее с птичьими гнёздами - по идее, в строительстве оных тоже применяется врождённое поведение, а следовательно, есть определённая генетическая основа. Скудно с этим: ну, допустим, на деревенских ласточках показали, что на размер гнезда влияют другие наследуемые признаки (в данном случае - длина хвостовых перьев), у лазоревок смотрели, как наследуются виды и расположение перьев в гнезде... но, как откровенно замечают авторы ещё нескольких работ, которые я мельком пролистала, ещё очень мало известно о генетической основе гнездостроения у птиц. Жаль!
И вот, наконец, то, ради чего, наверное, рядовой читатель и ткнул мышкой в этот пост :-)))
Кажется, что каждый знает, что такое секс. Но не каждый скажет, что главное в сексе - это сингамия и мейоз! :-)))
Ох, как вспомнилась ботаника с этими жизненными циклами растений... ну, то, что у высших растений спорофит больше, чем гаметофит, который живёт полностью за его счёт - это я помню :-)))
Достаётся самцам на этой лекции. То их вольбахия убивает, то они, оказывается, мешают эффективному размножению...
Но если, забегая вперёд, мыслить эволюционно-стратегически (для тренировки сыграв в «голубей» и «ястребов»), всё получается нормально. Берегите самцов!
Совестно признаться, но слова «мезокосм» я раньше не встречала. Теперь знаю, что это - экспериментальная система с контролируемыми условиями, не оторванными, однако, от естественной среды.
Яркий пример того, что нечего развозить новые виды по чужим экосистемам. Этот Potamopyrgus antipodarum, особливо бесполая его форма - конечно, сукин сын, но в Новой Зеландии - наш сукин сын, на которого есть естественная управа в виде приноровившихся к нему трематод. Размножающихся половым путём улиток им обижать сложнее из-за рекомбинации :-)))
Но вернёмся к теме. При том, что бесполые действительно множатся больше при прочих равных...
...если в популяции могут быть самцы, они будут. И чаще всего - в том же примерно числе, что и самки.
Поэтому, если вы в ваше охотхозяйство выпускаете двух оленей на двадцать оленух, со временем принцип Фишера ваш грубый расчёт пересилит :-))) (ну, конечно, если в ваше хозяйство не заберутся браконьеры, которые будут стрелять всех и вся без разбору).
Есть такое правило в биологии: нет правил без исключений...
Представьте себе заголовок: «Обезумевшие учёные заставляют братьев и сестёр заниматься инцестом!». Уверяю вас, никто не полезет в такую статью уточнять, что речь идёт о паутинных клещах - маленьких и довольно медленных, у которых порой и выбора-то особо нет...
Риккетсия, кстати говоря, вольбахии родственна. И действует примерно теми же методами.
А почему в природе пола чаще всего два (хотя бывает у грибов и больше)? В мире, где всё среднее, крайние формы тут же получают преимущество, скажу я кратко.
(Впрочем, изогамия всё-таки существует и поныне, и местами даже оказывается выгодной - скажем, для морских зелёных водорослей).
Будьте не как все - и будете в выигрыше! Ровно до тех пор, пока все не станут как вы...
Соотношение «всех» и «не таких как все», конечно же, будет не таким, каким было бы лучше всего в точки зрения «блага» для группы (популяции или вида), а таким, при котором приспособленности первых и вторых будут одинаковыми.
Тут у меня прямо какие-то философские мысли появились. Представляете, вот вы родились, и в вас уже заложена какая-то жизненная стратегия. Хорошо, что мы не дрозофилы, и поведение у нас практически всё не врождённое, а приобретённое!
Хорошо было бы, если бы в популяциях были одни кооператоры. Но нет - всегда есть примесь всякой сволочи, которая всем мешает. На что общество, кстати, может отвечать (дрожжи, конечно, не наказывают обманщиков, а вот люди и многие другие животные это делают; впрочем, не всё так просто с эволюцией кооперации и противодействия обманщикам!).
Не знала, что бычок кругляк - во многих местах интродуцент, как и его родственник на уровне отряда ротан. Он вроде бы не так страшен, может разве что составлять конкуренцию другим рыбам из-за высокой пластичности в питании.
И репродуктивные стратегии у разных бычков тоже различаются.
И у тараканов есть «рога», оказывается...
Кстати, раз зависимость обратная, хохма из старого анекдота про «такие данные и такие рога» не сработает - там, правда, лось был, а не жук или таракан :-)))
Быть гермафродитом - вроде бы как удобно. Но всегда ли?
Интимная жизнь улиток - это, прости господи, дас ист фантастиш какой-то. Достаточно знать о том, что до непосредственно копуляции и во время неё улитки стреляют друг в друга арагонитовыми (из карбоната кальция) стрелами...
Да, когда вы живёте медленно, и искать того самого (= ту самую) в жизни особо не приходится, довольствуясь первым встречным, гермафродитизм вполне себе устойчив.
И то, как всегда, есть нюанс...
Строго 18+! Советую всякому уважаемому читателю запастись попкорном и посмотреть, как именно всё это происходит. Если морские черви фехтуют пенисами довольно бодро, наземные слизни пытаются друг у друга причинные места пооткусывать о-о-очень ме-е-едленно!
А есть ещё вариант у некоторых слизней: откусывать партнёру этот орган уже после спаривания, чтобы он больше ни с кем не смог!..
Но это ещё что. Прошлой зимой, сходив в музей космонавтики близ ВДНХ, я узнала, что проблема «не хочу быть девочкой, хочу мальчиком» актуальна была для стыковки космических кораблей! Ныне используются «андрогинные» стыковочные узлы, и проблема решена :-)))
Появятся ли среди этих червей и слизней специалисты-самцы и специалистки-самки? Поживём - увидим...
Как уже говорилось, у гермафродитов спаривание с каждым встречным, по сути, происходит. А у раздельнополых - цитирую - «с каждым вторым встречным» :-)))
А у растений, между прочим, бывает, что в популяции есть сразу и гермафродиты (однодомные растения) и раздельнополые (двудомные)...
При всех разговорах о преимуществах полового размножения обязательно возникает камень преткновения: бделлоидные коловратки. Они вроде как разучились размножаться половым путём, и прекрасно себе живут (подозреваю даже, что я их время от времени встречаю в воде из аквариумного фильтра).
Вот горизонтальный перенос генов они практикуют очень успешно.
Причём горизонтальный перенос генов для бделлоидных коловраток - это вполне естественно, если учесть их тяжкую жизнь в пересыхающих лужах.
Есть у всех - это и значит, что прямо у всех: и у эукариот, и у прокариот (помните, как бактерии чужую ДНК из среды поглощали? Вот оно!).
Если первый тип рекомбинации нам привычен и приятен (это же кроссинговер!), то со вторым бывают связаны некоторые наследственные заболевания у человека.
А кто найдёт самца бделлоидной коловратки - тому Нобелевскую премию седло большое, ковёр и телевизор в подарок сразу врУчат, а может быть, вручАт!
При этом... половое размножение у этих чудных коловраток всё-таки есть!
Как именно происходит половое размножение, никто ещё не подсмотрел - просто нашлись его результаты в геномах. Таким образом, бделлоидные коловратки делают ЭТО... втихаря.
Минутка полнейшей отсебятины: что, если самцы этих коловраток, на самом деле, совсем рядом - только мы их не воспринимаем как самцов? Как у удильщиков, у которых самец превращается в мешочек с семенем? Может, на этих самках что-то такое сидит?.. снаружи вроде не видно, но вдруг?
Пока занавес! Новые интриги ждут на следующей лекции через четверг :-)))