Эти данные служат первым подтверждением модели эволюции двух разных полов, согласно которой развитие и увеличение области ДНК, отвечающей за половую принадлежность, создает генетическое разнообразие, за которым следует наделение уже существующих генов новыми функциями, связанными с производством половых клеток.
"До сих пор ни у кого не было достаточно обоснованной идеи о том, как происходит эволюция мужских и женских особей какого либо вида и какие генетические преобразования для нее необходимы", - сказал Джеймс Юмен (James Umen), ведущий автор работы из Солковского института биологических исследований, слова которого приводит пресс-служба этого научного учреждения.
"До сих пор хромосомы, определяющие пол растений и животных, считались учеными областями ДНК, теряющими в процессе эволюции гены, не связанны с половым размножением. Наше исследование впервые показало, что на самом деле области ДНК, связанные с половой репродукцией, могут генерировать новый генетический материал гораздо более быстрыми темпами, чем остальная часть генома", - добавил Юмен.
Наибольшей загадкой для ученых является переход к большим по размерам женским половым клеткам (яйцеклеткам) и маленьким мужским половым клеткам (сперматозоидам) у большинства многоклеточных организмов от практически неотличимых по размеру клеток, в случае одноклеточных организмов, которые тоже могут размножаться половым путем, и, по мнению ученых, представляют в этом плане одну из ранних эволюционных форм.
Тем не менее, большое эволюционное расстояние между многоклеточными и одноклеточными до сих пор не позволяло ученым на их примере отследить эволюцию полов.
В своей работе Юмен и его коллеги использовали два вида родственных водорослей: многоклеточную Volvox carteri и родственную ей одноклеточную Chlamydomonas reinhardtii. Авторы исследования особо тщательно изучили работу так называемого "локуса спаривания" (участка ДНК, похожего по функциям на мужские Y и женские Х хромосомы) обеих водорослей, очень похожих друг на друга генетически. Этот локус в случае водорослей вольвокс, как оказалось, примерно в пять раз больше, чем у хламидомонад и содержит несколько новых генов, активность которых подчиняется программе репродукции.
Эти новые гены вольвокс, как показали дальнейшие сравнения локусов спаривания, лишь отчасти являются совершенно новыми, тогда как большая их часть, на самом деле, встречается и у хламидомонад и расположена в геноме недалеко от локуса спаривания, хотя участия в репродукции не принимает.
"Таким образом, вольвокс включила эти гены, изначально не связанные с половыми функциями, в локус спаривания и начала использовать для репродуктивного цикла", - пояснил соавтор статьи Брэдли Олсон (Bradley Olson).
В настоящее время команда исследователей занимается изучением этих новых функций, которые получили гены, вновь вошедшие в локус спаривания.
"Это исследование показывает нам, что вольвокс и подобные ей водоросли являются удобной моделью для изучения эволюции полового размножения. Эта водоросль является системой, с помощью которой можно прочитать историю эволюции полов и характерных для них признаков, которую трудно постичь с помощью других видов животных и растений", - заключил Юмен.
