Самцов заменил новый способ бесполового размножения

Несмотря на явные биологические преимущества полового размножения, даже среди высших позвоночных животных есть виды, которые его игнорируют. Один из самых известных примеров – ящерицы, которым для продолжения рода не требуются самцы. Они размножаются при помощи партеногенеза и прекрасно себя чувствуют. Питер Бауманн (Peter Baumann) и его коллеги из Института медицинских исследований Стоуэра (Stowers Institute for Medical Research) в Канзас-Сити нашли ответ на загадку, которая озадачивала ученых в течение многих лет. Они поняли, как ящерицам удается приспосабливаться к среде без полового размножения.

Природные гибриды стали видами

Среди ящериц-бегунов рода Aspidoscelis, живущих на юго-западе США и в Мексике, примерно треть из 50 видов практикует непорочное зачатие. Изучив их генетику, биологи решили, что они, по-видимому, возникли как гибриды при скрещивании других видов. Ученые сделали этот вывод из того факта, что у партеногенетических видов Aspidoscelis высокая степень гетерозиготности -- то есть у них разные гены на двух парных хромосомах.

Гетерозиготность дает большие примущества при выживании в природе. Разные варианты генов иметь полезно: если один в данных условиях, грубо говоря, работает плохо, то другой, с парной хромосомы -- хорошо. А при изменившихся условиях все может повернуться наоборот. Поэтому гораздо лучше, когда гены разные, чем когда одинаковые.

Вопрос в том, как удается ящерицам при бесполом размножении сохранять эту гетерозиготность, то есть эту разность генов в парных хромосомах.

Чтобы поделить, надо сначала умножить

Чтобы понять, почему такой вопрос возник, надо вникнуть в механику клеточного деления, в результате которого образуются половые клетки. Этот тип деления называется мейозом в отличие от обычного клеточного деления – митоза. Суть мейоза в том, что из клеток с двойным (диплоидным) набором хромосом возникают половые клетки с одинарным (гаплоидным) набором хромосом. Затем, сливаясь, половые клетки двух разных организмов дают начало новому, диплоидному существу.

Ученые изучили половые клетки у двух видов ящериц: у партеногенетической A. tesselata и у A. gularis, которая размножается половым путем. И первое, что они обнаружили, что в яйцеклетках A. tesselata в два раза больше ДНК. Это означает, что яйцеклетки у партеногенетической ящерицы не гаплоидные, как обычно, а диплоидные, то есть содержат двойной набор хромосом. Но обычные клетки A. tesselata содержат столько же хромосом, что и у A. gularis. Значит, решили биологи, у партеногенетической A. tesselata происходит дополнительное удвоение хромосом перед началом мейоза.

Путем умножения одинаковости сохраняется разность

Обычный мейоз начинается с того, что каждая хромосома удваивает свою ДНК. После этого она состоит из двух нитей – хроматид. Затем парные (гомологичные) хромосомы соединяются вместе и при этом частично обмениваются участками. На следующем этапе они выстраиваются по центру и расходятся по двум дочерним клеткам. А при следующем делении в каждую из дочерних клеток попадает только одна половинка – хроматида.

Дальнейшие исследования ученые проводили под электронным микроскопом: им нужно было установить особенности партеногенетического мейоза. Сначала они подтвердили, что перед началом такого мейоза ДНК удваивается дважды. Если в обычном случае в мейоз вступают две гомологичные хромосомы, то в данном случае каждая из хромосом создает свою точную копию – сестринскую хромосому.

Путем сложных цитогенетических методов биологи установили, что в первом делении мейоза спариваются и обмениваются участками не гомологичные (парные, но разные), а сестринские (идентичные) хромосомы. А поскольку они одинаковы, при этом обмене участками не происходит обмен генами. Все хромосомы остаются при своих генах. В каждом следующем поколении рождаются точные клоны ящериц-матерей, и разные гены на парных хромосомах, полученные ими от гибридных предков, передаются по наследству.

Статья о том, как ящерицы обходятся без самцов и при этом сохраняют внутри себя разнообразие генов, будет опубликована в очередном выпуске Nature.