Текст уведомления здесь

Коловратки и 60 миллионов лет без секса

Четвертая история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. И внезапно обнаруживаем… коловраток — крошечных червячков, обладающих невероятным целомудрием. Подобно амазонкам, в течение миллионов лет они обходятся без самцов. Как им удается преодолеть это искушение? А главное, стоит ли нам брать с них пример?
Добавить в закладки
Комментарии

Знакомьтесь: коловратка

Встреча с коловраткой чаще всего проходит для человека незамеченной. Если только он не вооружен микроскопом: средний размер коловратки — около полумиллиметра. Знакомство осложняется тем, что коловратка прозрачная и живет в воде — почти в любой пресной (особенно в тухлой) и по всему миру. Коловратка легко изменяет свою форму, втягивая и выпячивая голову или ногу, прикрепляясь к поверхности и отрываясь от нее, ползая и плавая. Поэтому в капле воды можно неожиданно для себя увидеть микроскопического ската, мышку или бокал. Но это все она, коловратка.

«Чердак» собрал уже целый бестиарий фантастических тварей! Среди них есть бессмертные голые землекопы, невидимые наножуки и страшный, заразный рак. Их становится все больше — и со всеми ними можно познакомиться в нашей специальной рубрике.

Ближе всего из обитателей школьного учебника биологии к коловратке находятся плоские черви, но и они совсем на нее не похожи. Уникальная особенность коловраток — коловращательный аппарат, который в микроскоп напоминает большие волосатые уши. Но это не уши, а губы, усаженные ресничками. Реснички бьются (от чего губы становятся похожи на бензопилу), создавая водоворот, в который засасывает всю окрестную мелочь — бактерий, водоросли и одноклеточных животных. За губами следует собственно туловище, заканчивающееся ногой — мускулистым выростом, с помощью которого можно прикрепляться и ползать. Вот и все животное.

Коловратка тянет губы к пище. Источник: Don Williams / youtube
Коловратка тянет губы к пище. Источник: Don Williams / youtube

Помимо того что коловратки на удивление прожорливы и иногда поглощают крупных инфузорий почти с самих себя размером, они еще и невероятно живучи. Пресные водоемы — среда непостоянная и периодически высыхающая. Но коловратки стойко переносят высыхание, впадая в анабиоз, а после увлажнения возвращаются к жизни. Но и на этом их суперспособности не заканчиваются. Среди них есть группа — бделлоидные коловратки (от древнегреч. Βδελλα — «пиявка»), которая целиком состоит из самок. А самцов и, следовательно, полового процесса у них, судя по всему, не было уже давно. По меньшей мере 60 миллионов лет.

Чтобы понять, стоит ли завидовать или сочувствовать бделлоидным коловраткам, попробуем ответить на один из ключевых вопросов биологии: зачем вообще нужно половое размножение? C некоторой точки зрения (о чем, например, подробно пишет Ричард Докинз в «Рассказе предка»), это самый невыгодный способ размножения из возможных. Представьте себе: вы собрались передать свои гены ребенку. Вы делите свой набор хромосом пополам, а затем половину выбрасываете, и то же делает ваш партнер. К чему такая расточительность? (Не говоря уже о прочих соблазнах и сложностях, связанных с половых размножением.)

Все дело в разнообразии. Представим себе жизнь как бесконечный экзамен по ОБЖ. Сдавшие выживают. В таком случае геном — это шпаргалка к экзамену, а каждый ген — ответ на один из билетов. Удобно иметь две шпаргалки, от отца и матери, на случай, если один из родителей учился прилежнее другого. Более того, известно, что окончательно правильного ответа на все вопросы не существует. Экзаменатор изобретателен и хитер: никогда не знаешь, что придет ему в голову. Поэтому пользоваться из раза в раз одной и той же шпаргалкой невыгодно — нужно постоянно дописывать билеты и заменять в них отдельные слова или даже целые куски. Для этого существует кроссинговер (или гомологичная рекомбинация): берем шпаргалку от мамы, кладем рядом с ней шпаргалку отца и перетасовываем их, то есть меняем ответы на один и тот же вопрос местами или в пределах одного вопроса меняем часть маминого текста на папин. В результате у нас снова два комплекта шпаргалок с ответами на те же вопросы, но все перемешалось. И дети получают в наследство сборную солянку из генов их родителей. Дальше тексты билетов (хромосомы) случайным образом распределяются по половым клеткам, которые встретятся с такими же «перемешанными» хромосомами партнера. Так возникают изменчивость особей и разнообразие генетического материала. Так повышается шанс, что потомство заберет лучшее от своих дедушек и бабушек и сможет противостоять новым условиям среды.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.
Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Теперь представим себе животных, у которых полового процесса нет. Они подобны ученику, который всю жизнь сдает экзамены по конспектам позапрошлого века. Да, они стабильны и проверены временем — в конце концов, дважды два во все века равняется четырем. Но что будет, если такого ученика однажды спросят о теории относительности, в то время как в его картине мира еще не существует даже закона всемирного тяготения? Сокрушительный провал, отчисление, смерть. Именно поэтому видов, живущих без полового размножения, крайне мало. Кроме коловраток этим прославились только отдельные панцирные клещи и ракушковые раки. Откуда же они берут генетическое разнообразие? Иными словами, у кого списывают?

Есть ли жизнь без секса

Можно жить и без полноценного полового размножения, если вы «всего лишь Очень Маленькое Существо», например, одноклеточное. Тогда вы сам себе хозяин, и можно в течение жизни обмениваться информацией с другими. Так, например, делают бактерии: выбрасывают наружу копии своих молекул ДНК и поглощают чужие извне. Это называют горизонтальным переносом генов. Одноклеточные животные могут обмениваться друг с другом целыми наборами хромосом (как делает инфузория-туфелька). Но если вы многоклеточное, то провернуть эту схему так просто не получится. По наследству вы передадите только гены половых клеток, а значит, нужно не только съесть чью-то ДНК, но и как-то в них внедрить. Проблема заключается в том, что ядра многоклеточных животных надежно защищены от попадания туда чужеродной ДНК (а то вдруг это вирус) — пищеварительной системой, клеточными мембранами и внутриклеточными механизмами, расщепляющими лишнюю ДНК. Именно поэтому горизонтальный перенос генов у многоклеточных гораздо менее вероятен, и долгое время считалось, что его и вовсе нет. Но потом появились методы биоинформатики, и оказалось, что все устроено сложнее.

Поиск последствий горизонтального переноса генов в современных геномах похож на задачу, которая регулярно встает перед каждым преподавателем: как определить, кто у кого списал, и поймать хитреца? Для этого биоинформатики сравнивают геномы близкородственных видов и ищут отличия. Например, если мы сопоставляем геномы мыши и крысы и видим, что у последней появился совершенно новый ген, не имеющий аналогов у мыши, то можно предположить, что он появился откуда-то извне. Дальше мы ищем схожие гены у других организмов, на этот раз уже далеких, — бактерий, грибов, растений и т.д. И если удается обнаружить сходство, то наш «антиплагиат» сигнализирует о том, что списывальщик пойман.

Искусство имитировать

Судя по сравнению последовательностей генов близкородственных коловраток, они потеряли половое размножение около 60 миллионов лет назад. Об этом говорит не только анализ их геномов, но и необычное строение хромосом. Большинство животных несет в клетках двойной набор хромосом, при этом каждая пара (гомологичные хромосомы) содержит одинаковые гены. В процессе образования половых клеток гомологичные хромосомы сближаются (конъюгируют), соединяются своими «одинаковыми» участками и обмениваются частями, как мы уже упоминали выше. А вот хромосомы коловраток за миллионы лет утратили гомологию. Сейчас их содержимое настолько сильно отличается друг от друга, что конъюгировать они могут только самыми кончиками, не несущими наследственной информации. Поэтому образовать половые клетки коловратки не могут и половой процесс для них невозможен, даже если бы они и решили к нему прибегнуть.

Итак, в мире коловраток секса нет. Но есть альтернативы. За неимением собственного полового процесса приходится активно заимствовать чужие гены. По некоторым данным, до 14% генома коловраток нагло списаны у других организмов (для сравнения: у большинства животных — меньше 1%). Есть подозрение, что в этом коловраткам помогает регулярное высыхание. Так как ДНК состоит из двух слипшихся цепей, встроить в нее чужеродный фрагмент можно только при серьезном повреждении — двунитевом разрыве. Когда белки системы репарации пытаются починить такой разрыв, они ищут любые концы ДНК, за которые удобно ухватиться. Похоже на то, что происходит с разорванной «шпорой», на которой записан ответ: студент судорожно ищет любой, который мог бы служить продолжением. При обезвоживании в ДНК могут возникать такие двойные разрывы. И действительно, у тех видов, которые чаще переживают засуху, «списанных» генов обнаружили больше. Вероятно, немаловажную роль здесь играет опасная близость яичника к кишечнику — путь от еды до потомства оказывается короток.

Однако проблема в том, что не любой текст можно осмысленно встроить в свой конспект. Если в нем по-другому пронумерованы страницы или он написан другим почерком (или и того хуже — на другом языке), пользоваться им будет неудобно. Это мешает активно списывать у неродственных организмов — их гены окружены непривычными регуляторными последовательностями, а иногда даже отличаются особенностями генетического кода (например, частотой встречаемости тех или иных нуклеотидов). Они больше напоминают конспекты, позаимствованные у студентов другого факультета. На то, чтобы они начали полноценно работать, уходят многие поколения переписываний. Поэтому можно отличить гены, «списанные» давным-давно, от недавних приобретений. Чем дольше ген живет в геноме хозяина, тем ближе он находится к активным областям ядра (дальше от концов хромосом) и тем больше по структуре он напоминает собственные гены хозяина.

Чужие гены часто оказываются очень полезными. Например, бактерии, грибы и растения научили коловраток лучше переваривать пищу, нейтрализовывать токсины и бороться с окислительным стрессом. Но приручить чужие гены сложно и удается не всегда, поэтому, чтобы хоть кто-то из них прижился, горизонтальный перенос должен идти очень интенсивно. И этим довольно сложно заменить полноценный половой процесс. Но пару лет назад коловраток поймали на списывании друг у друга: в их геноме обнаружились следы горизонтального переноса от особей своего и «соседнего» вида. Пока, впрочем, непонятно, как именно гены от одних коловраток попадают к другим. Зато теперь мы не можем с былой категоричностью утверждать, что у коловраток секса нет совсем. Он есть, но альтернативный.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Изображение: Анатолий Лапушко / Chrdk.

А мы так можем?

Что бы ни говорилось в мифах, у людей мало шансов стать амазонками. Как и другие млекопитающие, мы не можем размножаться без партнера. В тех редких случаях, когда это в той или иной мере удается и яйцеклетка начинает делиться сама по себе, в яичнике развиваются тератомы — большие опухоли устрашающего вида. Что же касается горизонтального переноса генов, то он как раз не обошел нас стороной. Некоторые части нашей ДНК, как считается, тоже пришли от бактерий и одноклеточных животных, например гены, определяющие группу крови. Однако это случилось, скорее всего, на ранних этапах эволюции позвоночных, когда до человека как отдельного вида было еще далеко. Горизонтальный перенос может происходить в отдельных клетках и сейчас — например, при раке желудка или лейкемии в опухолевых клетках нередко находят ДНК бактерий. Возможно, именно она как-то способствует их выживанию в условиях сурового давления иммунитета. Но по наследству передать эту чужеродную ДНК, скорее всего, не получится. Наши половые клетки тщательно защищены от внешних воздействий, и вероятность встраивания ДНК извне хоть и существует, но невелика. Зато велика вероятность того, что мы освоим генетическое редактирование эмбрионов и научимся манипулировать человеческими генами осознанно. И тогда уже коловратки нам позавидуют.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы
Фрагмент Королевских ворот в Хаттусу, столицу Хеттской империиStylone / Фотодом / Shutterstock

Бронзовый коллапс, или Куда делись все эти люди

Чем был вызван кризис средиземноморских цивилизаций три тысячи лет назад

В конце второго тысячелетия до нашей эры в Греции и на Ближнем Востоке — в Месопотамии, в Древнем Египте, в Сирии, в Малой Азии — творились очень странные дела. Великие царства бронзового века одно за другим уходили в небытие, из ниоткуда появлялись новые народы, хроники повествовали о нашествиях, голоде и прочих бедствиях. Историки долго предпочитали винить во всем «народы моря», но теперь, благодаря археологическим данным, полученным в последние годы, у нас, кажется, есть основания иначе отвечать на вопрос, кто виноват в коллапсе «бронзовых» цивилизаций.
Добавить в закладки
Комментарии

Как рассказывает профессор Эрик Клайн из Университета Джорджа Вашингтона, директор Капитолийского археологического института, автор книги «1177 BC: The Year Civilization Collapsed», Средиземноморье позднего бронзового века представляло собой мир, очень похожий на современный, — глобализованное пространство с торговыми нитями, опутавшими всю ойкумену, то есть все страны, составлявшие на тот момент европейскую цивилизацию.

Торговые и культурные связи второго тысячелетия до нашей эры обеспечивали единый высокий технологический уровень городов Греции и Ближнего Востока во всем: в кораблестроении, в архитектуре, в обработке металлов. Чтобы показать протяженность и устойчивость торговых путей бронзового века, достаточно сказать, что олово для выплавки бронзовых изделий поступало, скорее всего, из Афганистана, а медь брали на Кипре.  Города были оснащены системами водоснабжения, инженерный уровень которых античным грекам тысячу лет спустя и не снился.

Все это откатилось назад со страшной скоростью в кратчайшие по меркам истории сроки, чтобы сбросить с древнего мира бронзовый век и позволить ему войти в новый век — железный, в ту историю, которую мы изучаем в школе.

За относительно короткое время — в древнеегипетских надписях зафиксирован промежуток от 1207 до 1177 года до нашей эры — весь прекрасный бронзовый мир растворяется. Торговые связи рушатся. Из известных нам царств бронзового века в более-менее нетронутом виде остается Египет, который теряет контроль над Сирией и Палестиной. Вавилон и Ассирия сохраняют разве что локальное значение. Исчезает микенская цивилизация. Разрушена Троя. [ ... ]

Читать полностью

Наножук и рецепт невидимости

Вторая история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Что мешает нам повторить их успех? Наши следующие герои гораздо лучше, чем люди, продвинулись в нанотехнологиях — это микроскопический жук и невидимая паразитическая оса.
Добавить в закладки
Комментарии

Бойцы невидимого фронта

Со времен Левенгука люди уже успели привыкнуть к мысли, что мир вокруг них населен множеством организмов, разглядеть которых невооруженным глазом невозможно. Обычно в их роли выступают бактерии («И это все на твоих немытых руках!») или одноклеточные животные и растения («Ну-ка, кто там в грязной воде живет?»). Но можем ли мы себе представить, что незримое создание будет бегать, летать и обладать сложным поведением? Таких невидимок-насекомых открывают все больше и больше. Сразу же встает вопрос: могут ли они жить полноценной жизнью насекомого, невзирая на свой размер? И чем им приходится пожертвовать ради исчезновения с радаров хищников?

«Чердак» собрал уже целый бестиарий фантастических тварей! Среди них есть бессмертные голые землекопы, невидимые наножуки и страшный, заразный рак, истребляющий тасманийских дьяволов. Со всеми ними можно познакомиться в нашей специальной рубрике, которая продолжает пополняться.

Наш первый герой — наножук (по паспорту Scydosella musawasensis). Живет в Южной Америке, питается жидкостью с поверхности грибов. Средний размер — 338 микрометра, то есть треть миллиметра. Меньше него — только паразитические насекомые, такие как оса Megaphragma mymaripenne — 200 мкм. Она относится к группе наездников, то есть откладывает яйца в личинки других насекомых, которые, в свою очередь, живут в листьях растений. Объекты такого размера человеческий глаз не видит без специального контрастирующего фона (например, яркой подсветки). [ ... ]

Читать полностью

Тасманийский дьявол и укусы смерти

Третья история о фантастических тварях и том, чему они могут нас научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Иногда секреты оказываются трагическими. Наших новых героев, тасманийских дьяволов, съедает страшная опухоль — неизлечимая, долгоживущая и заразная. Стоит ли нам тоже опасаться подобных заболеваний и можно ли им противостоять?
Добавить в закладки
Комментарии

Дьявол и его опухоль

Долгими темными ночами жителям Тасмании мешает спать устрашающий вой. Это общаются между собой тасманийские дьяволы — ночные сумчатые млекопитающие размером с собаку, на вид нечто среднее между куницей и волком. Но за последние 20 лет тасманийцы стали спать спокойнее — в некоторых районах вымерло до 90% животных. Всему виной тот, перед кем бессилен даже дьявол, тот, кто подкрадывается неожиданно и действует нечестно. Имя ему — рак.

Крик тасманийского дьявола. Запись: Thelittlemissmocha / The Internet Archive [ ... ]
Читать полностью