Ученый из Петербурга раскрыл загадку "успешного хромосомного монстра"

Биологи из России и ряда зарубежных стран выяснили, почему многие межвидовые гибриды не становятся бесплодными и успешно продолжают свой род, несмотря на "неправильный" набор хромосом. Их выводы были опубликованы в журнале PNAS.

"Существование подобных гибридов было неожиданным для нас. Но еще более неожиданными оказались причины этой высокой плодовитости. Более глубокий анализ выявил неизвестный ранее механизм поддержания высокой фертильности у изученных хромосомных гибридов", - рассказывает Владимир Лухтанов, главный научный сотрудник Зоологического института РАН и профессор Санкт-Петербургского государственного университета.

Загадки эволюции

Гибридами ученые называют потомков двух разных видов родственных живых существ. Чаще гибридные организмы обнаруживаются среди растений, реже среди животных. Их редкость объясняется одной простой вещью - подавляющее число гибридов стерильны, что не позволяет им продолжить род и обособиться в отдельный вид, даже если они обладают рядом очевидных преимуществ по сравнению и с тем, и с другим родительским видом.

Лухтанов и его коллеги открыли крайне необычный пример гибридов, не потерявших способности к размножению, изучая потомство, полученное при скрещивании двух линий горошковых белянок (Leptidea sinapis), широко распространенных в России бабочек, чьи гусеницы питаются бобовыми растениями.

За последние годы ученые обнаружили сразу несколько линий этих белянок, похожих друг на друга по облику и поведению, но заметно отличающихся по числу хромосом. К примеру, бабочки из Испании имеют 106-108 хромосом, тогда как особи из Скандинавии имеют всего лишь 56-57 хромосом.

Заинтересовавшись этой проблемой, биологи решили изучить, что произойдет, если скрестить самую "малохромосомную" линию белянок из Швеции и их кузин из Каталонии, имевших почти в два раза больше подобных структур.

К большому удивлению ученых, скрещивание этих бабочек не привело к тому, что их потомство стало бесплодными - в среднем, их плодовитость оставалась на очень высоком уровне, хотя она и была примерно в два раза ниже, чем у родительских линий белянок.

Для раскрытия секрета их выживания ученые проследили за тем, что происходит во время мейоза - процесса деления и формирования будущих половых клеток бабочек, содержащих в себе не двойной, а одиночный набор хромосом.

Секреты гибридов

"Неправильное" число хромосом в клетках гибридов почти всегда приводит к тому, что мейоз не может завершиться корректно - клетки не получают всех жизненно важных хромосом, или же получают "лишние" их копии. В результате этого они или гибнут, или же теряют способность формировать жизнеспособный зародыш.

Лухтанов и его коллеги обнаружили, что в случае с гибридными белянками этого не происходит по той причине, что у них основные процессы мейоза происходят не как обычно, а в обратном порядке.

Как правило, заготовка гаметы сначала "перемешивает" хромосомы, полученные от родителей, и уменьшает их число вдвое, растаскивая папины и мамины варианты одних и тех же хромосом по дочерним клеткам. Только после этого эти хромосомы, содержащие в себе двойное число нитей ДНК, делятся на половинки и разбиваются на две новых "кучки", в результате чего возникают четыре половых клетки.

По словам биологов, у гибридных белянок вначале происходит разделение нитей ДНК, и только затем, на второй стадии формирования гамет общее число хромосом уменьшается вдвое.

"Это приводит к тому, что мейоз у гибридов происходит с минимальным числом нарушений или без нарушений вообще, и приводит к формированию нормальных жизнеспособных гамет", - объясняет ученый.

Это открытие проливает свет на одну из загадок биологии: как у живых организмов возникают новые, измененные хромосомы и новые хромосомные наборы. А последнее интересно и биологам, и медикам, поскольку изменения хромосом часто являются пусковыми механизмами как для биологической эволюции, так и для развития болезней.