Машина времени для... водомерок

Канадские биологи смогли совершить то, что ранее считалось невозможным — они изобрели биологическую "машину времени" и повернули эволюцию вспять. В результате современных животных удалось превратить в их предков, что обитали на нашей планете сотни миллионов лет тому назад. Правда, пока обратный ход времени был опробован лишь на клопах-водомерках.

Фото:

Как мы знаем, эволюция в большинстве случаев необратима, то есть шансов на то, что потомок когда-нибудь возьмет и превратится в своего предка, очень и очень мало. Конечно, иногда обратные мутации все-таки случаются, но естественный отбор поддерживает их крайне редко. Поэтому в живой природе наблюдать обратный ход эволюционного процесса практически невозможно. Иное дело в лаборатории — человеческий гений способен даже эволюцию пустить на "обратный просмотр".

Подобный эксперимент недавно провели биологи из Университета Торонто (Канада), которым удалось воссоздать некоторые признаки предков современных клопов-водомерок (Rheumatobates rileyi). Причем не на компьютере, а в реальности — то есть превратить современных водомерок в их предковые формы. Правда, не полностью — ученых лишь интересовали стадии развития приспособлений самцов для удерживания самок во время спаривания, которые находятся на усиках этих насекомых.

Известно, что во время спаривания самцы водомерок приближаются к дамам своего сердца не спереди, а сзади. После чего эти не особенно галантные кавалеры прямо-таки и напрыгивают на ничего не подозревающих самок, стараясь повалить своих возлюбленных на бок и одновременно зафиксировать им конечности. Со стороны, конечно же, это выглядит не как романтическое свидание, а как изнасилование в грубой форме, однако водомеркам мужского пола нельзя действовать по-другому — иначе более крупные и агрессивные самки могут атаковать кавалеров. Так что подобное поведение — вовсе не демонстрация грубой силы, а, скорее, своеобразный ритуал умиротворения.

Так вот, когда самцу удается исполнить задуманное, пара возвращается в обычное положение, в котором и происходит копуляция, длящаяся несколько минут. Обычно самке достаточно ухаживаний одного партнера — после того как яйца оплодотворены, насекомые расходятся. Тем не менее, счастливая дама никак не заявляет о том, что "поздно пить шампанское" другим ухажерам, поэтому те продолжают атаковать ее сзади. Чаще несчастным представительницам слабого пола приходится спасаться от этих "насильников" бегством, но некоторые шестиногие "феминистки" вступают в борьбу с "опоздавшими" кавалерами и довольно ловко сбрасывают их.

Так вот, для того чтобы удержаться на самке во время первого этапа спаривания, самцы водомерок имеют на своих усиках специальный набор крючков и выступов. Весь этот инструментарий помогает им быстро повалить партнершу и при этом не разжать "любовные объятия" (иначе дама может просто сбежать или "дать сдачи"). В то же время, по данным палеонтологов, известно, что у клопов, являвшихся предками водомерок, этого набора на усиках не было. И вот канадские биологи решили выяснить, каким образом эти приспособления появились в процессе эволюции.

Для начала исследователи выяснили, активность какого гена приводит к появлению всего "арсенала настоящего мужчины" в процессе развития эмбриона водомерки. Оказалось, что развитие этих крючков и выемок регулирует белок, который кодируется Hox-геном под названием distal-less (напомню, что Hox-генами называют те последовательности ДНК, что направляют развитие зародыша, а у взрослых особей они неактивны). После чего ученые "выключили" этот ген, используя методику РНК-интерференции.

Напомню, что при этом методе в клетку запускаются маленькие специальные молекулы рибонуклеиновой кислоты, которые прилипают к м-РНК, несущим информацию (полученную от ДНК) о строении белка к тому месту, где последний должен синтезироваться (то есть к рибосоме). В результате такая гибридная РНК просто не распознается рибосомой как нормальный источник информации (здесь уместна аналоги с поцарапанным CD, который проигрыватель не может прочитать). В итоге синтез белка становится невозможен. То есть и ген вроде бы работает, но толку от этого никакого нет, все вхолостую.

Этот метод особенно ценен для ученых тем, что, используя его, можно не просто "выключить" ген полностью, но и в разной степени снизить его активность. В итоге можно получить все возможные варианты проявления признака, от его полного отсутствия до, соответственно, полного присутствия. В случае с издевательством над самцами водомерок биологи как раз и "сконструировали" набор кавалеров, у которых хватательные устройства были развиты в разной степени. А после этого подпустили их к дамам.

В результате оказалось, что только те самцы, у кого "хваталки" были развиты нормально, практически всегда (а точнее, в 80 процентах случаев) могли успешно "соблазнить" самку. Если же на антеннах не хватало всего лишь одного крючка или выемки, то до копуляции доходило всего лишь 12 процентов случаев. А при еще меньшей степени развитости приспособлений только лишь в одном-двух процентах у кавалеров был шанс передать свои гены потомству. Да и то, как показали наблюдения, в этой ситуации самцы напрямую зависели от расположенности к ним прекрасных дам, сами они ничего сделать для того, чтобы спаривание прошло успешно, не могли.

Итак, как видите, ученым не только удалось воссоздать предковую форму, но и проследить в реальности, а не при помощи расчетов или компьютерной модели, как шла эволюция одного из признаков у самцов водомерок. Скорее всего, когда-то много миллионов лет тому назад ген distal-less мутировал, и те, с кем случился этот "конфуз", получили явное преимущество при спаривании. Самым удачным оказался тот вариант, который сохранился и по сей день, почему он и был поддержан естественным отбором, ибо самцы, обладающие полным набором приспособлений стали куда более активно передавать свои гены потомкам, в том числе и мутантный distal-less. А все промежуточные (и исходные) формы оказались на "эволюционной обочине".

Расчеты показали, что для того, чтобы привести этот ген в современное состояние, достаточно всего-то от одной до трех точечных мутаций. Это весьма и весьма немного по эволюционным меркам, поэтому, как считают исследователи, процесс обретения самцами хватательных приспособлений должен был идти достаточно быстро — на это могло уйти меньше миллиона лет. Хотя, по человеческим меркам, и этот срок представляется достаточно долгим. Однако у ученых получилось запустить "обратный отсчет" всего-то за несколько недель — что лишний раз доказывает неограниченные возможности человечества ускорять эволюцию всех живых существ, обитающих рядом.

Следует также заметить, что водомерки оказалась весьма удобными модельными объектами, на которых можно было проследить явную связь между разными стадиями развития гена и соответствующими изменениями внешнего облика и поведения. В то же время предложенная исследователями методика позволяет восстановить любую канувшую в лету промежуточную и предковую форму. Например, можно в отдаленном будущем будет восстановить все переходные формы, обитавшие на обочине нелегкого пути от обезьяны к человеку. Хотя очевидно, что для этого понадобится не в пример больше усилий…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"