To się dzieje cały czas. Oba gatunki łączą się w pary. Ich potomstwo osiąga dojrzałość. A potem samce stają się bezpłodne.
To intryguje biologów od ponad wieku. Dlaczego natura tak agresywnie tłumi hybrydyzację? Często to mężczyźni są pierwszymi ofiarami.
Nowe badanie wreszcie dało odpowiedź. Przynajmniej w przypadku muszek owocowych.
„Hybryda nie jest w stanie ich wyprodukować” – mówi Romain Lannes, współautor badania z Instytutu Whitehead. Mówi o spermie. „To kompletna porażka”.
Zespół kierowany przez Yukiko Yamashidę i absolwentkę Adrienne Fontan opublikował swoje wyniki w czasopiśmie Molecular Biology and Evolution. Naukowcy zidentyfikowali specyficzną niewydolność komórkową: błąd w przetwarzaniu informacji genetycznej, który już na początku zatrzymuje produkcję nasienia.
Przerwa w środku kodu
Oto jak to zwykle działa. Komórka odczytuje instrukcje z DNA. Tworzy kopię w postaci RNA. Kopia ta jest następnie redagowana.
Ten etap edycji jest procesem złożonym. Komórka musi wyciąć niefunkcjonalne obszary („śmieci”) i zszyć pozostałe fragmenty. To jak edycja wideo: usuwasz złe ujęcia i zatrzymujesz tylko najlepsze ujęcia.
Ale w przypadku much hybrydowych ten „edytor” działa z błędem.
Czasami komórka zamienia kolejność fragmentów, czasami pozostawia część z nich poza kodem. W efekcie RNA jest pomieszane i nie nadaje się do użytku.
Bez prawidłowego RNA nie można syntetyzować białek. Żadnych białek – żadnych plemników.
To nie jest rzadki wypadek. Niepowodzenie dotyczy kilku dużych genów niezbędnych do rozwoju, zlokalizowanych konkretnie na chromosomie Y.
Powtarzający się czynnik
Dlaczego te konkretne geny? A dlaczego właśnie w tym miejscu?
Ponieważ są ogromne. Niezwykle duży. A większość ich objętości składa się z powtarzającego się DNA.
Znany jako satelitarne DNA. Składa się z krótkich, wielokrotnie powielanych wzorów. Jak jąkanie w kodzie genetycznym.
„Dna satelitarne składają się z tych krótkich, powtarzających się sekwencji” – wyjaśnia Yamashida. Dodaje uwagę historyczną: w przeszłości nie poświęcano temu zbyt wiele uwagi. “Nie badaliśmy ich zbyt wiele. Standardowe narzędzia nie radzą sobie z nimi dobrze. Nie kodują białek, więc nikt się nimi nie zainteresował.”
Okazało się, że każdy powinien być zainteresowany.
To satelitarne DNA ewoluuje bardzo szybko. Naprawdę szybko. Nawet w przypadku dwóch blisko spokrewnionych gatunków, które rozdzieliły się zaledwie 250 000 lat temu (w tym badaniu), wersje tych sekwencji są radykalnie różne.
Każdy gatunek wytwarza swój własny wewnętrzny aparat komórkowy. Mechanizm precyzyjnie dostrojony do radzenia sobie z własnym „jąkaniem”.
Dodaj do tego procesu DNA innego gatunku, a mechanizm zawiedzie.
Wyobraź sobie fabrycznie skalibrowany do śrub lewostronnych. Nagle ktoś wrzuca tam prawicowców. Przenośnik zatrzymuje się.
„Nawet u czystych gatunków te duże geny stanowią wyzwanie” – mówi Yamashida. Komórka dokłada wszelkich starań, aby poradzić sobie ze złożonością. „Ale ten gatunek wyewoluował sposób na adaptację”.
Jeśli zaburzysz ten mechanizm adaptacyjny, mieszając genetykę różnych gatunków, system się załamie.
Dlaczego mężczyźni cierpią jako pierwsi?
To wyjaśnia najstarszą zasadę specjacji: płeć heterogametyczna – męska u ludzi i much (z chromosomami XY) – staje się najpierw bezpłodna. Samice (XX) zachowują płodność znacznie dłużej.
Chromosom Y jest niestabilny. Jest pełen szybko rozwijających się, powtarzających się sekwencji. To prawdziwy łańcuch proszkowy dla niezgodności.
Kiedy dwa gatunki różnią się ewolucyjnie, ich chromosomy Y różnią się najszybciej. Ich mechanizmy przetwarzania komórkowego również zaczynają się różnić.
Połączyć je ponownie? Dla mężczyzn to tragedia.
Muszki owocowe są idealnym obiektem do takich badań. Rozmnażają się szybko, a rezultaty można obserwować z biegiem czasu. To przerwa ewolucyjna nastąpiła stosunkowo niedawno, więc naukowcy mogą obserwować początek izolacji reprodukcyjnej w czasie rzeczywistym.
Więcej niż tylko biologia much
Czy to nas dotyczy?
Może. Ludzkie chromosomy Y są również pełne szybkich zmian i powtórzeń. Możliwe są podobne awarie.
Z bardziej praktycznego punktu widzenia, ludzie również mają gigantyczne geny. Geny obejmujące miliony par zasad. Geny związane z dystrofią mięśniową i zaburzeniami neurologicznymi.
Są trudne w obróbce. Podobnie jak geny spermatogenezy u much.
Metody obliczeniowe zastosowane w tym badaniu mogą również pomóc w rozwiązaniu tych tajemnic medycznych. Jeśli zrozumiemy dlaczego przetwarzanie się nie powiedzie, być może uda nam się znaleźć sposób, aby to naprawić.
Yamashida chce zrozumieć, dlaczego gatunki się rozdzielają. Dlaczego życie jest podzielone na pojedyncze linie. To szeroki cel wynikający z wąskiego błędu technicznego.
Jeden zepsuty etap łączenia zamienia potencjał w ślepy zaułek.
