Растения заимствуют гены у «геномных паразитов»

Группа американских микробиологов исследовала процесс видообразования, взяв в качестве модели вирусы.
Многие поколения яблонной мухи-пестрокрылки Rhagolethis pomonella (на фото) живут и размножаются на одном и том же дереве. Такой изолированный жизненный цикл способствует быстрому видообразованию. (Фото © Larry Hull с сайта www.ento.psu.edu)
Многие поколения яблонной мухи-пестрокрылки Rhagolethis pomonella (на фото) живут и размножаются на одном и том же дереве. Такой изолированный жизненный цикл способствует быстрому видообразованию. (Фото © Larry Hull с сайта www.ento.psu.edu)


Считается, что для образования нового вида требуется, чтобы произошли несколько взаимосвязанных событий. Во-первых, чтобы появилась полезная мутация. Во-вторых, чтобы концентрация этой мутации увеличилась в популяции. В-третьих, чтобы часть популяции с мутацией обособилась от той, что этой мутации не имеет.

Эволюционная теория предлагает несколько сценариев для этой триады. Можно сначала отделить часть популяции каким-нибудь барьером, и тогда пусть все мутации случаются по отдельности в каждой части популяции: неизбежно в этих частях появятся свои полезные свойства.

Второй сценарий предполагает изначальное появление мутации, затем избирательное скрещивание носителей мутации и, таким образом, ее сохранение и преумножение в популяции. Здесь репродуктивная изоляция появляется как следствие постоянного избирательного скрещивания.

Наконец, можно представить себе, что полезная мутация служит не только экологическим патентом, но и одновременно обеспечивает репродуктивную изоляцию. Этот третий случай объединяет видообразование у многих насекомых, которые живут и размножаются на одном растении. Возьмем, например, яблонных мух-перстрокрылок Rhagoletis pomonella. Они изначально были приспособлены жить на боярышнике. Весь их жизненный цикл, от спаривания до вылупления новой генерации, проходит на одном и том же дереве. Последовательные генерации мух редко покидают облюбованное дерево. Так что такой жизненный цикл сам по себе определяет репродуктивную изоляцию, а мутации, появившиеся в этой «популяции одного дерева», накапливаются.

Для образования нового вида нужно, чтобы особи популяции «боярышниковых» мух перешли на другой вид растений и по ходу накопления мутаций разучились жить на боярышнике. Так и случилось, когда пестрокрылки освоили яблони. Теперь пестрокрылки, поселившиеся на яблоне, вряд ли встретятся с боярышниковыми. И хотя эти две формы пока являются не самостоятельными видами, а только разновидностями, вероятность завершения этого процесса образованием двух видов очень высока.

У пестрокрылок известно еще несколько видов-двойников, которые живут на разных видах растений — предположительно, видообразование у них протекало именно по описанной схеме.

Въедливый исследователь непременно задаст вопрос: ведь экологические инновации, которые мухи приобретают в результате существования многих генераций на новом растении, генетически не связаны с репродуктивной изоляцией и никак не обеспечивают необходимой специализации?

На самом деле и связаны, и обеспечивают. Это доказали американские микробиологи из Университета Северной Каролины и Йельского университета, поставив простой эксперимент на вирусах. Вирусы — прекрасная модель для исследования этого типа видообразования: подобно пестрокрылкам, вирусы «едят» и размножаются на одном и том же объекте; они обмениваются генетической информацией, имитируя половое скрещивание. Кроме того, вирусы очень быстро размножаются, так что результаты эволюции можно увидеть через короткое время, а генетическая последовательность вирусов, в отличие от пестрокрылок, сравнительно легко поддается расшифровке.

Для эксперимента ученые выбрали один из видов вирусов — бактериофаг, растущий в клетках бактерий Pseudomonas. Изначально этот бактериофаг мог расти на четырех видах бактерий, а его лабораторный мутантный штамм расширил диапазон инфекции, получив возможность заражать еще два дополнительных вида бактерий.

Именно этот мутантный штамм и высадили на клетки одного из шести возможных видов бактерий. Затем в пробирке имитировали эволюционный процесс. Каждый день — а это примерно пять генераций вирусов — вирусам устраивали обязательный для естественного отбора «эффект бутылочного горлышка», то есть сильно понижали численность популяции, давая возможность размножиться редким, но полезным генам. Новую, прореженную примерно до 300 частиц генерацию вирусов снова высаживали на клетки бактерий. Бактерии-хозяева каждый день высевались новые, то есть сами бактерии не изменялись и не влияли на эволюцию вирусов.

Таким образом, в течение месяца сменилось 150 генераций вирусов, 30 раз прошедших через бутылочное горлышко эволюции. В результате в пробирке получили новую линию вирусов, отлично приспособленную к новому хозяину: вирусы размножались в его клетках существенно быстрее, чем предковый штамм. Но зато новая линия вирусов потеряла способность заражать остальные пять видов бактерий, став узким специалистом высокого класса. То есть, по всем признакам, если бы речь шла не о вирусах, можно было бы сказать: вот он, новый вид из пробирки!

Теперь осталось посмотреть, какие измененные гены нового вирусного «вида» отвечают за высокую приспособленность, а какие — за выбор хозяина, то есть обеспечивают новой линии репродуктивную изоляцию. Выяснилось, что новая линия отличается от предковой формы мутациями в одном только гене. Это ген, кодирующий белок, ответственный за прикрепление к клетке хозяина. Естественно, в результате этой мутации вирус терял способность укореняться на бактериальной стенке и становился для данного вида бактерий безвредным.

Таким образом, эта мутация разводит по разным местам вирусов-предков и вирусов-потомков. Так что дальше эволюция предков и потомков идет обособленно. Мало того, та же самая мутация обеспечивает вирусу и ускоренный рост в клетке хозяина! Ученые это выяснили, сравнив темпы размножения носителей мутации с темпами размножения предков без этой мутации. Получается, что всего одна мутация обеспечивает и лучшую приспособленность организма, и его репродуктивную изоляцию. И не нужно никаких специальных генных хитростей, чтобы «вид» с экологическим новшеством перестал скрещиваться с менее совершенными сородичами. Это получается само собой, потому что одна мутация имеет множество следствий.

По мнению авторов статьи, им удалось наглядно показать, как очень простым, генетически экономным способом получается репродуктивная изоляция и, как следствие, в перспективе новый вид.

Возвращаясь от вирусов к пестрокрылкам, можно подозревать, что у них работает подобный механизм получения репродуктивной изоляции и новых видов.   
автор: Елена Наймарк
Кроме того...
H
...
Прививка против рака
Первая антионкологическая вакцина становится реальностью...
Fiat
...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Тёмные делишки нанотехнологии
Тёмные делишки нанотехнологии Тёмные делишки нанотехнологии
Абсолютно черное тело поглощает весь свет, падающий на него, и, соответственно, ничего не отражает
Virgin Atlantic заправит самолеты биотопливом
Virgin Atlantic заправит самолеты биотопливом Virgin Atlantic заправит самолеты биотопливом
Компания Virgin Atlantic, входящая и конгломерат Virgin Ричарда Бренсона, сегодня сообщила о том
Робот, управляемый силой мысли
Робот, управляемый силой мысли Робот, управляемый силой мысли
Японские ученые создали нового человекоподобного робота
Лампочки, как произведение искусства
Лампочки, как произведение искусства Лампочки, как произведение искусства
Делает такие необычные стеклянные скульптуры, вручную скульптор Дилан Ройлофс
Мультимедийный плеер-браслет - концепт недалекого будущего
Мультимедийный плеер-браслет - концепт недалекого будущего Мультимедийный плеер-браслет - концепт недалекого будущего
Перед вами довольно интересный мультимедийный концепт в виде браслета от студии Chocolate Design Agency
Компьютерные столы V1 – современно, комфортно, дорого
Компьютерные столы V1 – современно, комфортно, дорого Компьютерные столы V1 – современно, комфортно, дорого
Если вы много времени проводите за компьютером, ваше рабочее место должно быть максимально комфортным и эргономичным
Двигатель из бумаги
Двигатель из бумаги Двигатель из бумаги
Перед вами – четырехтактный двигатель V12, сделанный из…бумаги
От черной дыры к Земле
От черной дыры к Земле От черной дыры к Земле
Высокоэнергетическое космическое излучение, которое достигает Земли, формируется в черных дырах близлежащих галактик
Грядет "десятилетие Луны"
Грядет "десятилетие Луны" Грядет "десятилетие Луны"
Специалисты изучают, можно ли жить на спутнике Земли и использовать лунные ресурсы
Двойное эйнштейновское кольцо
Двойное эйнштейновское кольцо Двойное эйнштейновское кольцо
Открыт красивейший случай линзирования: двойное эйнштейновское кольцо. Для этого надо
Кальян вреднее сигарет
Кальян вреднее сигарет Кальян вреднее сигарет
Египетские медики и инженеры выяснили, что кальян наносит человеческому организму в десятки раз больший ущерб
Опубликован список самых странных фобий
Опубликован список самых странных фобий Опубликован список самых странных фобий
Этого достаточно, чтобы вызвать иррациональный страх перед длинными и почти неправдоподобно звучащими словами
Мужчины думают, что они умнее, но это ошибка
Мужчины думают, что они умнее, но это ошибка Мужчины думают, что они умнее, но это ошибка
Интеллектуальные различия между полами надуманны – так считает ведущий психолог. Он утверждает
Цивилизация майя: от расцвета до заката
Цивилизация майя: от расцвета до заката Цивилизация майя: от расцвета до заката
Они не знали колеса, но знали строение солнечной системы и проводили хирургические операции
Растения заимствуют гены у «геномных паразитов»
Растения заимствуют гены у «геномных паразитов» Растения заимствуют гены у «геномных паразитов»
Группа американских микробиологов исследовала процесс видообразования, взяв в качестве модели вирусы
Неизвестные предки крокодилов
Неизвестные предки крокодилов Неизвестные предки крокодилов
В бразилии обнаружили останки ранее неизвестной рептилии, возрастом более 80 миллионов лет
Земля может остановиться
Земля может остановиться Земля может остановиться
Движение тектонических плит Земли рассматривалось до сих пор как непрерывный процесс
Предмет роскоши первой необходимости
Предмет роскоши первой необходимости Предмет роскоши первой необходимости
Страшно подумать, но ватерклозет, наличие которого само собой разумеется в любом современном городском помещении
10 научных открытий, которые спасут Землю
10 научных открытий, которые спасут Землю 10 научных открытий, которые спасут Землю
Искусственные извержения, зеркала на орбите, генетически измененные деревья

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
076