Дафнії підтвердили гіпотезу Чорної Королеви

Британські дослідники на прикладі планктонних рачків дафній показали, що статеве розмноження забезпечує підвищений захист від паразитів порівняно з безстатевим вже в першому поколінні нащадків. Це дозволяє пояснити, чому статеве розмноження залишається найпоширенішим типом розмноження в еукаріот - незважаючи на його великі енергетичні витрати.

Статеве розмноження вимагає набагато більших витрат енергії, ніж безстатеве. При інших рівних популяції, що розмножують безстатевим шляхом, збільшують свою чисельність швидше, ніж популяції, що розмножуються статевим способом: їм не потрібно шукати партнерів для спарювання і виробляти самців, а коадаптовані генні комплекси не руйнуються в процесі рекомбінації. Незважаючи на все це, статеве розмноження залишається найпоширенішим типом розмноження серед еукаріот.

Чому це так, досі не до кінця зрозуміло. Одне з основних пояснень описано в гіпотезі Чорної Королеви. У загальному вигляді ця гіпотеза передбачає, що всі живі організми повинні безперервно еволюціонувати не тільки для того, щоб придбати якісь переваги, але і для того, щоб просто вижити в «еволюційній гонці озброєнь», тобто в боротьбі з конкурентами, хижаками і паразитами. Своєю назвою гіпотеза зобов'язана фразі Чорної Королеви з «Аліси в Задзеркаллі» Льюїса Керрола: «Ну а тут, знаєш, доводиться бігти з усіх ніг, щоб тільки залишитися на тому ж місці». Зокрема, гіпотеза пояснює перевагу статевого розмноження порівняно з безстатевим тим, що рекомбінація ДНК, що відбувається при статевому розмноженні, за рахунок безперервної перетасовки алелей забезпечує виникнення нових генотипів. Ці нові різноманітні генотипи служать матеріалом для природного відбору і забезпечують стійкість популяції господарів до паразитів - незважаючи на те, що паразити теж безперервно еволюціонують, утворюючи все нові генотипи.

Автори нової статті вирішили перевірити цю гіпотезу на прикладі планктонних рачок дафній і паразитів - бактерій Дафнії здатні розмножуватися і безстатевим, і статевим способом. Більшу частину року вони розмножуються партеногенезом, при якому з диплоїдних яйцеклітин, які утворюють самки, розвиваються наступні покоління самок. Однак восени з таких же диплоїдних яєць під впливом зовнішніх факторів розвиваються самці, яких самки потім використовують для статевого розмноження.

Зібравши в ставку дафній, вчені, трохи почекавши, отримали дві групи нащадків: з'явилися в результаті партеногенезу і з'явилися в результаті статевого розмноження. У лабораторії обидві групи заражали бактеріями Pasteuria ramosa, отриманими з того ж ставка одночасно з дафніями, і бактеріями, отриманими звідти ж, але на рік пізніше. Виявилося, що бактерії того ж року розмножувалися в групі нащадків, отриманих безстатевим шляхом, набагато швидше, ніж у групі потоків, отриманих статевим шляхом. Крім того, нащадки, отримані статевим способом, були вдвічі більш стійкими до бактерій наступного року (тобто до тих, які коеволюціонували одночасно з їхніми батьками), ніж нащадки, отримані безстатевим шляхом.

Як підсумовують автори, результати ще раз підтверджують гіпотезу Чорної Королеви, вказуючи на особливу роль паразитів у виникненні та підтримці статевого розмноження. При цьому, як показало дослідження, перевага статевого розмноження в порівнянні з безстатевим стає помітно вже в першому поколінні нащадків.

Нещодавно вчені описали ще один приклад «еволюційної гонки озброєнь» в дії: деякі популяції тасманійських дияволів всього за кілька поколінь зуміли придбати стійкість до інфекційного раку DFTD (Devil facial tumour disease, «лицьова пухлина диявола»), смертельного практично в 100 відсотках випадків.