От гибридов до «девственного рождения»: палочники демонстрируют постепенную утрату полового размножения

Эволюция полового размножения остается одной из величайших загадок биологии. Несмотря на то, что половое размножение преобладает во всем животном мире, ученые до сих пор спорят о том, почему оно сохранилось, несмотря на высокую затратность. Еще более загадочным является отказ от полового размножения в пользу бесполого, при котором самки рожают себе подобных без участия самцов.

Почти все животные имеют две копии генома: одну от матери, другую от отца. При половом размножении эти две копии смешиваются, и потомству передается только одна из них, содержащая как материнские, так и отцовские последовательности. При партеногенезе, также известном как «девственное рождение», — форме бесполого размножения, распространенной среди животных, — обе копии могут передаваться от матери к потомству без каких-либо смешений или других изменений.

Насекомые-притворяшки как модельная система

Поскольку эволюционные переходы от полового размножения к партеногенезу наблюдаются редко, понять, как происходит утрата полового размножения, очень сложно. Чтобы разобраться в этом вопросе, исследователи обратились к одному из самых выдающихся мастеров маскировки в природе - насекомым-притворяшкам. Они известны своей способностью с поразительной точностью имитировать веточки и листья, благодаря чему они сливаются с окружающей средой и таким образом избегают голодных хищников. Однако помимо их потрясающей способности к маскировке существует и другая, гораздо менее заметная форма разнообразия - множество различных способов их размножения.

Такое репродуктивное разнообразие особенно характерно для средиземноморских палочников рода Bacillus, где даже очень близкие по происхождению виды используют разные способы для производства потомства. Чтобы выяснить, как они размножаются, исследователи из университетов Лозанны, Лунда и Ростока проанализировали геномные данные более 500 диких палочников, собранных за несколько лет полевых исследований на Сицилии, в материковой части Италии и во Франции.

В конце концов их усилия увенчались успехом, и они смогли проследить удивительно сложную последовательность эволюционных переходов. Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Гибридное происхождение истории

Все началось с одного-единственного случая гибридизации после окончания последнего ледникового периода, около 8000 лет назад. Гибридизация - это процесс, при котором два вида скрещиваются и дают потомство, наследующее одну копию генома от материнского, а другую — от отцовского вида. Во многих случаях потомство бесплодно, как, например, мулы — потомки кобылы и осла. Однако у Bacillus размножение гибридов «спасается» — по крайней мере, так кажется — за счет перехода к очень редкому и необычному способу размножения, называемому гибридогенезом.

При гибридизации клонируется только один из двух родительских геномов (в данном случае материнский). Отцовский геном каким-то образом распознается и удаляется из развивающихся яйцеклеток в каждом поколении. Затем он восстанавливается - тем самым восстанавливается гибридное состояние - при спаривании с самцами отцовского вида, чья сперма в некотором роде «паразитирует» на гибридогенетической линии.

Спустя много поколений в результате гибридизации возник партеногенез. С тех пор оба родительских генома наследуются клонированно. Более того, через некоторое время партеногенетическая линия добавила третий геном, скрестившись с другим родительским видом, и образовала партеногенетические линии, сочетающие в себе три разных генома.

Воссоздание эволюции в лабораторных условиях

Затем команда экспериментально воспроизвела некоторые из этих переходов в ходе лабораторных скрещиваний, показав, что предполагаемый эволюционный путь биологически правдоподобен. Это выдающееся достижение, учитывая, что продолжительность жизни палочников составляет один год, а на проведение экспериментальных лабораторных скрещиваний ушло несколько лет.

«Эта система настолько удивительна, что мы смогли воссоздать в лаборатории все переходы, которые мы выявили в ходе изучения эволюционной истории палочников, - говорит соавтор исследования Гийом Лаванши из Лундского университета, Швеция. - Каждый эволюционный переход, по-видимому, подготавливал почву для следующего».

Бесполое размножение часто считают эволюционным тупиком, поскольку оно сопряжено со множеством недостатков, таких как накопление вредных мутаций и снижение потенциала для адаптации. Однако новые результаты показывают, что гибридизация и утрата полового размножения могут создавать возможности для дальнейших инноваций, что, возможно, помогает бесполым организмам выживать, несмотря на негативные последствия отсутствия полового размножения.

Открытые вопросы и перспективные направления

Таня Швандер, последний автор исследования и профессор кафедры экологии и эволюции Лозаннского университета в Швейцарии, где проводилось исследование, заключает: «Насекомые-палочники наглядно демонстрируют, как одно геномное изменение в виде гибридизации и утраты полового размножения может послужить катализатором целого ряда эволюционных инноваций».

Александр Брандт, автор исследования из Ростокского университета, Германия, добавляет: «Однако непосредственные молекулярные причины, лежащие в основе различных переходов, до сих пор остаются неясными. Для нас, исследователей, работа по изучению эволюции асексуальности только начинается».

Источники:

Alexander Brandt et al, Hybridogenesis as an intermediate step between sexual reproduction and parthenogenesis in stick insects, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2535700123

https://phys.org/news/2026-06-hybrids-virgin-birth-insects-reveal.html

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: phys.org

Комментарии: