В японских озёрах обнаружили водоросли с необычной формой гермафродитизма⁠⁠

На протяжении тридцати лет доцент Токийского университета Хисаеси Нозаки исследовал реку Сагами и собирал образцы водорослей, чтобы понять эволюционные истоки появления живых существ разного пола. Благодаря новому анализу образцов, собранных в 2007 и 2013 годах из плотинных озёр, расположенных вдоль реки Сагами, исследователи выявили вид пресноводных водорослей, развивших необычную форму гермафродитизма.

Этот феномен «трёх полов» отличается от обычного гермафродитизма. У видов, которые обычно имеют два пола, особь-гермафродит появляется из-за необычной экспрессии генов. Многие растения и некоторые виды беспозвоночных развивают гермафродитизм в результате нормальной экспрессии генов, но это первый раз, когда подобное явление наблюдается у водорослей.

С — мужские половые клетки. D — женские половые клетки и приближающийся к ним мешочек с генетическим материалом из мужской колонии. Е — смешанная колония из женских и двуполых клеток.

Три «пола» водоросли Pleodorina starrii – это мужской, женский и ещё один, названный исследователями «двуполый», поскольку он может спариваться с мужскими, женскими и такими же двуполыми водорослями. Этот вид представляет собой 32- или 64-клеточные организмы и имеет маленькие активные мужские половые клетки и крупные малоподвижные женские.

«Обнаружение «третьего пола» может показаться очень необычным, но в естественных условиях, я думаю, это не редкость», — сказал Нозаки, последний автор исследования.

Эволюционно древние живые существа обладают половыми клетками, похожими по внешнему виду, они известны как «плюс» и «минус», а не «женские» и «мужские». Недавно эволюционировавшие виды уже обладают существенными различиями между половыми клетками, как, например, большая яйцеклетка и маленький сперматозоид у людей.

Нозаки и его коллеги заинтересовались Pleodorina starrii из-за того, что её близкие эволюционные родственники используют разные схемы размножения, поэтому являются полезными модельными организмами для изучения генетики и эволюции пола. P. starrii была обнаружена несколько десятилетий назад, но до сих пор детально не изучена.

В лабораторных условиях исследователи могут наблюдать, как зелёные клетки P. starrii растут в сферических колониях с клетками того же пола. Мужские колонии узнаваемы по прозрачным мешочкам с генетическим материалом, который они выбрасывают в женские колонии. По достижении цели эти мешочки разрываются, содержимое расходится по колонии и объединяется с женскими половыми клетками, давая начало новому поколению.

Исследователи разделили колонии и лишили их питательных веществ, чтобы заставить размножаться половым способом. В изоляции колонии обычно размножаются вегетативно, формируя свои копии с тем же набором генов. Изолированные колонии одного пола могут быть смешаны с изолированной колонией другого пола и соотношение полов их потомков может быть важным ключом к пониманию генетики определения пола.

В 2006 году Нозаки и другие исследователи Токийского университета первыми обнаружили специфические мужские гены P. starrii, которые назвали OTOKOGI, что с японского означает «мужественный». В 2010 году они же обнаружили группу с женскими генами и назвали её HIBOTAN или «алый пион» в честь фильма 1960-х годов, где у главной героини была татуировка с красным цветком.

После генетического анализа и дополнительных спариваний исследователи пришли к выводу, что у P. starrii есть ген двуполости, расположенный на хромосоме отдельно от OTOKOGI и HIBOTAN. Клетки генетически двуполого P. starrii обладают генами OTOKOGI и генами двуполости, но могут давать нормальное потомство с мужскими, женскими и такими же двуполыми колониями.

Генетически мужские клетки P. starrii обладают только генами OTOKOGI, генетически женские колонии могут обладать как только генами HIBOTAN, так и генами HIBOTAN вместе с генами двуполости.

Необходимы дальнейшие исследования, чтобы более подробно изучить найденные гены, но исследователи уже предположили, что двуполость проявляется только при наличии мужского гена OTOKOGI.

«Это открытие стало возможным благодаря нашему обширному многолетнему опыту поездок на полевые сборы и практике выращивания и изучения водорослей. Продолжение долгосрочных исследований очень важно для раскрытия истинной природы видов в мире», — добавил Нозаки.

***

Источник — Species of algae with three sexes that all mate in pairs identified in Japanese river

Перевод подготовили — Екатерина Хананова, Марлен Тальберг и Антон Меньшенин.