4 декабря 2017

Ученые обнаружили «вид-призрак», прячущий свой геном в клетках другого вида

По современным представлениям, биологическим видом считают группу близких между собой организмов, которые могут скрещиваться, давая способное к размножению потомство. Тем не менее, существует множество «странных видов», не подпадающих под это определение. Ярким примером может служить зеленая лягушка рода Pelophylax, отличающаяся крайне сложной системой видообразования.


Большинство видов животных не скрещиваются, так как между ними работают хорошие механизмы изоляции. Тем не менее, близкородственные виды амфибий иногда образуют межвидовых гибридов. Большинство из них погибают на ранних стадиях развития, но некоторые выживают. Важно отметить, что гибриды часто бывают бесплодными. Однако зеленые лягушки рода Pelophylax образуют стабильные гибридогенные популяции, которые поддерживаются за счет постоянных скрещиваний с видами-«родителями».

Недавнее исследование, проведенное учеными из Швейцарии и Великобритании, показало, что в клетках одного из гибридных видов - итальянской съедобной лягушки Pelophylax kl. hispanicus – сохранился геном другого вида - итальянской озерной лягушки. При этом, сам вид последней считается давно вымершим. Исследователи назвали его видом-призраком, так как по сути в настоящее время от него остался только геном.

Как такое могло произойти? Дело в том, что существуют так называемые виды-клептоны (в латинском наименовании перед названием вида значится обозначение «kl.»). Отличительной особенностью клептонов является то, что для завершения своего репродуктивного цикла им необходим другой вид. Чаще всего виды-клептоны образуются в результате межвидовой гибридизации. Самым изученным примером клептонов являются зеленые лягушки рода Pelophylax. В Европе широко распространены два вида этого рода — озерная лягушка (Pelophylax ridibundus) и прудовая лягушка (Pelophylax lessonae). Их гибрид обладает промежуточным набором признаков и называется съедобной лягушкой —Pelophylax kl. esculentus.

Главная проблема межвидовых гибридов состоит в невозможности осуществления естественной генетической рекомбинации, а именно в прохождении кроссинговера в ходе созревания половых клеток. Напомним, что кроссинговер является важнейшим способом рекомбинации и представляет собой обмен фрагментами родительских хромосом, ведущий к образованию новых сочетаний генов. Для успешного прохождения кроссинговера необходимо, чтобы оба набора хромосом были примерно одинаковые, тогда они смогут поровну обменяться фрагментами. Если отцовские и материнские хромосомы слишком сильно отличаются друг от друга, кроссинговер блокируется и созревание половых клеток не идет. Именно поэтому межвидовые гибриды часто бывают бесплодными.

Что касается вида съедобной лягушки, то необходимо подчеркнуть, что для сохранения способности к размножению у этого клептона полностью отключен механизм рекомбинации. То есть геном съедобной лягушки в отличие от нормального рекомбинантного генома, образующегося в результате кроссинговера, является клональным. Поэтому любая соматическая клетка данного клептона (имеющая диплоидный набор хромосом) содержит два клональных (родительских) генома: геном озерной лягушки и геном прудовой лягушки. При скрещивании носителей клональных геномов друг с другом потомство, как правило, имеет сильно пониженную жизнеспособность. Скорее всего, это происходит потому, что без рекомбинаций в геноме быстро накапливаются ничем не скомпенсированные патогенные мутации. Поэтому возникает необходимость постоянного притока «нормального» генетического материала извне. Отсюда и необходимость в родительском виде для завершения репродуктивного цикла видов-клептонов. Чаще всего съедобная лягушка обитает совместно с популяцией какого-нибудь из родительских видов, как бы паразитируя на ней. Причем, имея гетерозиготный генотип, съедобная лягушка обладает способностью в ходе гаметогенеза элиминировать гаметы, несущие генотип родительского вида. Иными словами, съедобная лягушка, сосуществуя в данном ареале с первым родительским видом, будет образовывать половые клетки с генотипом второго родительского вида. Это обеспечивает постоянное образование гетерозигот при скрещивании (собственно, воспроизводство вида съедобной лягушки).

Возвращаясь к текущему исследованию итальянской съедобной лягушки Pelophylax kl. Hispanicus, обитающей на Апеннинском полуострове, было обнаружено, что данный клептон содержит в себе клональные геномы прудовой лягушки - Pelophylax bergeri (с этим видом он и сосуществует на данный момент в одном ареале), а также озерной лягушки. Но дело в том, что на Апеннинском полуострове нигде не обитает озерная лягушка, данный вид считается вымершим. Получается, что съедобная лягушка Pelophylax kl. Hispanicus, воспроизводясь за счет прудовой лягушки, продолжает по сей день нести геном вымершего вида лягушки озерной, хотя ни одной взрослой особи этого вида уже давно нет на свете. Причем благодаря своей клональности, то есть отсутствию рекомбинации, этот геном меняется очень медленно и сохраняет генетические особенности исчезнувшего вида. Ученые провели молекулярно-генетические исследования, которые подтвердили данный факт: гаметы съедобной лягушки имеют генотип итальянской озерной лягушки.

Саму итальянскую съедобную лягушку авторы работы называют “semi-living fossil”, что можно перевести как «полуживое ископаемое». Итальянскую же озерную лягушку ученые нарекли видом-призраком (“ghost” species). Исследователи также говорят о возможности сделать вымирание подобных видов организмов обратимым и возлагают надежду в будущем восстановить исчезнувший вид озерной лягушки при помощи современных методов эмбриологии и клеточной инженерии.

Оригинал статьи

Записаться на генетическую Школу