Половое размножение существует благодаря постоянно эволюционирующим отношениям «хозяин — паразит»

Исследование биологов из Университета Индианы показывает, что, хотя половое размножение с эволюционной точки зрения затратно, оно получает преимущество перед самооплодотворением в присутствии коэволюционирующих паразитов. Половое размножение позволяет производить потомство, более устойчивое к паразитам, в то время как самооплодотворение обрекает популяции на вымирание.

Отчёт от 8 июля в журнале Science подтверждает гипотезу Красной Королевы. Её суть в том, что половое размножение (перекрёстное оплодотворение) позволяет популяции хозяев оставаться на шаг впереди паразитов, которые эволюционируют, чтобы заражать их. В этом коэволюционном контексте и хозяева, и паразиты «бегут» (эволюционируют) изо всех сил, просто чтобы оставаться на месте.

«Широкое распространение полового размножения было большой проблемой для эволюционной биологии со времён Чарльза Дарвина», — говорит ведущий автор Леви Т. Морран. С эволюционной точки зрения половое размножение неэффективно, так как часто связано с производством самцов, которые не производят потомство напрямую. Самооплодотворение — гораздо более эффективный способ размножения, и теория предсказывает, что оно должно быть широко распространено в природе, а половое размножение — редко. Однако это не так.

Гипотеза Красной Королевы предлагает одно из возможных объяснений существования пола. «Она предсказывает, что половое размножение должно позволять хозяевам избегать заражения их паразитами, тогда как самооплодотворение может увеличивать риск заражения», — говорит соавтор Кёртис М. Лайвли.

Комбинируя ДНК двух родителей, половое размножение создаёт генетически разнообразное потомство, отличное от родителей. Паразиты, адаптированные к заражению одного поколения, могут испытывать трудности с заражением следующего. Потомство от самооплодотворения наследует ДНК одного родителя, поэтому паразиты, адаптированные к нему, смогут заражать и потомство.

Команда использовала в качестве модельной системы микроскопического круглого червя Caenorhabditis elegans (хозяин) и патогенную бактерию Serratia marcescens (паразит). Они генетически манипулировали системой спаривания C. elegans, создав популяции, которые размножаются половым путём, самооплодотворением или их смесью. Затем эти популяции подвергались воздействию паразита S. marcescens, который либо коэволюционировал с хозяином, либо его эволюция была заблокирована.

Результаты эксперимента:

• Популяции C. elegans, размножающиеся самооплодотворением, быстро вымирали под воздействием коэволюционирующих паразитов.
• Половое размножение позволяло популяциям успевать за своими паразитами, производить устойчивое к инфекции потомство и избегать вымирания.
• В популяциях, где было возможно и то, и другое, эволюционное состояние паразита определяло наиболее эффективную стратегию размножения:
  • Без коэволюции паразита доминировало самооплодотворение.
  • При коэволюции паразита с хозяевами преимущество получало половое размножение.

«Коэволюция с патогеном не только благоприятствовала половому размножению по сравнению с самооплодотворением, но и позволяла поддерживать его на протяжении всего эксперимента», — отметил Морран.

Эти результаты согласуются с гипотезой Красной Королевы и могут объяснять широкое распространение полового размножения в природе. «Коэволюция с паразитами, а не просто их присутствие, отбирает более высокий уровень перекрёстного скрещивания. Таким образом, коэволюционная борьба между хозяевами и их паразитами может объяснять существование самцов», — заключил Лайвли.