Конкуренция в течение миллионов лет сохраняет генетическое разнообразие трех видов ракообразных
Хозяева и их паразиты находятся в постоянной конкуренции. Благодаря генетическому разнообразию хозяин может измениться так, что заражение станет невозможным. Однако паразит быстро адаптируется — и игра начинается заново. В эволюционной биологии это называют «моделью Красной Королевы» по аналогии с персонажем книги «Алиса в Стране чудес», которая бежит, но остается на месте.
Эти процессы могут протекать непрерывно в течение многих миллионов лет, как сообщила исследовательская группа из Департамента наук об окружающей среде Базельского университета в журнале Nature Communications. Это гораздо более длительный период, чем считалось ранее. Для исследования команда под руководством профессора Дитера Эберта сравнила генетический материал миллиметровых водяных блох, зараженных паразитической бактерией.
Паразит проникает в кишечник водяной блохи, где прикрепляется к слизистому слою. Блоха может отразить инфекцию, изменяя молекулы на поверхности этой слизи. Паразит, в свою очередь, адаптирует свою поверхность к измененной структуре слизи и ненадолго вырывается вперед. Этот процесс коэволюции обеспечивает сохранение множества генетических вариантов поверхностных молекул у водяной блохи, ни один из которых не получает окончательного преимущества.
Взгляд в еще более далекое прошлое
До сих пор исследователям удавалось проследить эту коэволюцию между водяной блохой и паразитом до последнего ледникового периода, примерно 100 000 лет назад.
«Теперь мы сделали еще один гигантский скачок вперед и смогли показать, что процесс длится как минимум 15 миллионов, а возможно, даже 70 миллионов лет», — говорит профессор Эберт. Особенно удивительно, что этот процесс протекал непрерывно, несмотря на то, что условия жизни на Земле за этот период кардинально менялись несколько раз.
«Речь идет не о разнице температур в один-два градуса, а о колебаниях более чем на 10 градусов, включая несколько ледниковых периодов». Процесс, возможно, даже пережил удар метеорита, который считается причиной вымирания динозавров.
Исследовательская группа использовала три разных вида водяных блох, собранных из природных популяций в Северной Америке, Африке, Европе и Азии. Филогенетический анализ показал, что эти виды разделились как минимум 15 миллионов лет назад. Тем не менее, все они были восприимчивы к одной и той же паразитической бактерии.
Затем исследователи обнаружили в генетическом материале водяной блохи несколько участков, кодирующих компоненты иммунной системы и демонстрирующих высокую степень изменчивости. Это разнообразие позволяет блохе постоянно блокировать доступ паразиту.
Удивительно, что эти вариабельные регионы были обнаружены в одних и тех же участках генетического материала у всех видов водяных блох. Это показывает, что коэволюция между водяными блохами и паразитом началась до разделения видов-хозяев, как минимум 15 миллионов лет назад. Это также означает, что процесс был непрерывным — потому что прерывание привело бы к потере генетических вариантов за относительно короткое время.
Меньшая изменчивость — большая восприимчивость к инфекциям
«Мы склонны думать, что эволюция всегда изобретает что-то новое. Здесь же мы смогли показать, что одни и те же варианты генов использовались снова и снова на протяжении огромных периодов времени», — говорит Эберт. У людей генетическая изменчивость также обеспечивает гибкость иммунной системы — например, в «комплексе гистосовместимости», который распознает и борется с чужеродными структурами. Однако никому не удавалось проследить эти процессы далеко в прошлое.
И, в отличие от водяной блохи, у человека, по-видимому, задействовано множество патогенов. «Генетическое разнообразие обеспечивает защиту от инфекционных заболеваний, включая новые болезни. Вот почему так важно понимать, как эта изменчивость сохраняется в течение длительных периодов времени», — заключает эволюционный биолог.