Molinezja amazońska od 100 tys. lat tworzy własne kopie. Naukowcy właśnie poznali jej sekret

Kiedy molinezja amazońska mówi, że nie potrzebuje samca, należy jej wierzyć. Każdy osobnik tego niewielkiego gatunku ryby, zamieszkującego słodkowodne strumienie Meksyku i południowego Teksasu, jest samicą. Rozmnażają się one wyłącznie bezpłciowo, wydając na świat własne klony.

Ewolucyjna zagadka molinezji amazońskich: jak unikają genetycznej pułapki?

Choć taka niezależność budzi podziw, dla biologów stanowi ewolucyjny paradoks. Zgodnie z teorią ewolucji przynajmniej część rozmnażania płciowego jest potrzebna, by utrzymać różnorodność genetyczną, która zmniejsza ryzyko wyginięcia gatunku. Jak więc te ryby zdołały przetrwać i rozwijać się przez tysiące lat?

Według nowego badania opublikowanego w czasopiśmie „Nature”, molinezje amazońskie nie ucierpiały z powodu przewidywanych negatywnych skutków rozmnażania bezpłciowego. Co więcej, naukowcy odkryli, że gatunek ten posiada „tajną broń”, która pomaga mu niwelować wady takiej strategii rozrodu. Odkrycie rzuca nowe światło na to, w jaki sposób molinezje amazońskie – i inne gatunki rozmnażające się bezpłciowo – unikają ewolucyjnej pułapki wyginięcia.

Rybia siła samic

Molinezje amazońskie (Poecilia formosa) to małe rybki o zaokrąglonych płetwach, nie większe od kciuka. Ich nazwa nawiązuje do Amazonek – legendarnych wojowniczek z mitologii greckiej.

Gatunek ten pojawił się około 100 tys. lat temu, gdy samica molinezji atlantyckiej skrzyżowała się z samcem molinezji żaglopłetwej. Zwykle takie międzygatunkowe połączenia prowadzą do bezpłodnego potomstwa, jednak w tym przypadku powstał wyjątkowy gatunek zdolny do rodzenia żywych klonów samego siebie. Co ciekawe, ryby te wciąż muszą współżyć z samcami innych gatunków, aby uruchomić proces autoklonowania (zwany gynogenezą), ale ich potomstwo nigdy nie przenosi DNA tych samców.

Gdy molinezje amazońskie zostały odkryte w 1932 roku, były pierwszymi znanymi kręgowcami zdolnymi do rozmnażania bezpłciowego. Choć od tego czasu odkryto dziesiątki innych kręgowców o podobnych zdolnościach – w tym warany z Komodo i rekiny młoty – molinezje amazońskie są jednymi z nielicznych, które robią to wyłącznie w ten sposób. Jak udało im się utrzymać taką strategię przez tak długi czas pozostawało zagadką.

„Genetyczne porządki”: jak molinezje naprawiają swoje DNA

– Według obecnych modeli kumulacji mutacji genetycznych molinezje amazońskie powinny były wyginąć po około 10 tys. lat – twierdzi Edward Ricemeyer, biolog z Uniwersytetu Ludwika i Maksymiliana w Monachium. Uczony, który rozpoczął badania nad molinezjami amazońskimi w 2019 roku podkreśla, że badacze wciąż nie wiedzą, w jaki sposób gatunki rozmnażające się bezpłciowo, zwłaszcza tak złożone jak kręgowce, unikają nagromadzenia szkodliwych mutacji genetycznych.

Aby to sprawdzić, eksperci przeanalizowali genomy kilku molinezji amazońskich. Odkryli, że ryby te od dziesiątek tysięcy lat prowadzą swoiste „genetyczne porządki”, które pomagają im utrzymać stabilność materiału genetycznego. Analiza wykazała, że szkodliwe mutacje pojawiają się u molinezji amazońskich równie często, jak u ich krewniaków rozmnażających się płciowo. Wygląda jednak na to, że ryby te wykorzystują mało poznany mechanizm genetyczny, który pozwala usuwać lub naprawiać takie mutacje, zanim zdążą się nagromadzić. Proces ten, znany jako konwersja genowa (gene conversion), polega na zastąpieniu fragmentu DNA w chromosomie odpowiadającą mu sekwencją skopiowaną z podobnego fragmentu na innym chromosomie. Taką zdolność mają również ssaki, w tym ludzie, u których mechanizm ten służy głównie naprawie uszkodzeń DNA.

U molinezji amazońskich konwersja genowa wydaje się jednak pełnić dodatkową rolę. Działa podobnie jak zjawisko rekombinacji crossing-over, czyli procesu mieszania genów matki i ojca w gatunkach rozmnażających się płciowo. Dzięki temu powstaje zmienność genetyczna, na którą może oddziaływać dobór naturalny. W efekcie możliwe jest usuwanie lub naprawa niekorzystnych mutacji. Naukowcy od dawna podejrzewali, że gatunki rozmnażające się bezpłciowo mogą mieć podobny mechanizm ochronny. – To jednak pierwszy raz, gdy udało się bezpośrednio wykazać, że rzeczywiście tak się dzieje – podkreśla Edward Ricemeyer.

Sekret rozmnażania bezpłciowego

– Prawdopodobnie podobny mechanizm działa również u innych takich organizmów – po prostu jeszcze go nie wykazano – mówi prof. Micah Dunthorn, mikrobiolog z Uniwersytetu w Oslo. Podkreśla przy tym, że warto byłoby przeprowadzić podobne analizy u innych gatunków rozmnażających się bezpłciowo. Jak dodaje, szczególnie interesujące byłoby sprawdzenie, jak powszechny jest ten mechanizm u innych zwierząt, roślin i grzybów, a także czy występuje on u mikroskopijnych eukariontów, takich jak protisty. Spośród tysięcy gatunków rozmnażających się poprzez klonowanie naukowcy przeprowadzili dotąd szczegółowe analizy genomu jedynie u niewielkiej liczby z nich.

Zrozumienie tych mechanizmów genetycznych może mieć wiele praktycznych zastosowań – od modyfikacji genetycznych roślin uprawnych, po nowe strategie leczenia chorób. Jak zauważa prof. Edward Ricemeyer, rak to w istocie choroba, w której klonalna linia komórek gromadzi mutacje, pozwalające jej szybciej rosnąć i wypierać zdrowe komórki. Choć molinezje amazońskie są fascynujące same w sobie, ich niezwykła zdolność do klonowania może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć, jak przeciwdziałać jednemu z najpoważniejszych zagrożeń dla zdrowia ludzi.

Źródło: National Geographic