Таке відбувається постійно. Два види спаровуються. Їхнє потомство досягає зрілості. А потім самці стають стерильними.
Це ставило в глухий кут біологів більше століття. Чому природа так агресивно припиняє гібридизацію? Найчастіше першими страждають саме самці.
Нове дослідження нарешті дало відповідь. Принаймні для плодових мушок.
“Гібрид не може їх виробляти”, – каже Ромен Ланнес, співавтор дослідження з Інституту Уайтхеда. Він говорить про сперматозоїди. “Це повний провал”.
Команда під керівництвом Юкіко Ямашиди та аспірантки Адрієнн Фонтан опублікувала свої результати в журналі Molecular Biology and Evolution. Вчені виявили специфічний клітинний збій: помилку у обробці генетичної інформації, яка зупиняє виробництво сперми на самому старті.
Розрив посеред коду
Ось як це зазвичай працює. Клітина зчитує інструкції із ДНК. Вона створює копію як РНК. Потім ця копія редагується.
Цей етап редагування – складний процес. Клітці потрібно вирізати нефункціональні ділянки («сміття») і пошити фрагменти, що залишилися. Це схоже на відеомонтаж: ви видаляєте невдалі кадри та залишаєте лише найкращі дублі.
Але у гібридних мушок цей «редактор» працює помилково.
Іноді клітина змінює порядок фрагментів місцями, іноді залишає частину їх поза кодом. В результаті РНК виявляється переплутаною та непридатною для використання.
Без правильної РНК синтезуються білки. Немає білків – немає сперми.
Це не рідкісний випадок. Збій зачіпає кілька великих генів, необхідні розвитку, розташованих безпосередньо на Y-хромосомі.
Повторюваний фактор
Чому саме ці гени? І чому тут?
Тому що вони величезні. Надзвичайно великі. І більшість їх обсягу складається з ДНК, що повторюється.
Відомої як супутникова ДНК. Вона складається з коротких патернів, скопійованих багаторазово. Подібно до заїкання в генетичному коді.
«Супутникова ДНК складається з цих коротких послідовностей, що повторюються», — пояснює Ямашида. Вона додає історичну довідку: раніше їй не приділяли особливу увагу. Ми мало їх вивчали. Стандартні інструменти погано з ними справляються. Вони не кодують білки, тож ніхто не цікавився ними».
Виявилося, що всім варто було б цікавитись.
Ця супутникова ДНК еволюціонує дуже швидко. Справді швидко. Навіть у двох тісно пов’язаних видів, що розділилися лише 250 000 років тому (у рамках цього дослідження), версії цих послідовностей радикально різняться.
Кожен вид виробляє свій внутрішній клітинний апарат. Механізм, точно налаштований на обробку власного заїкання.
Додайте в цей процес ДНК від іншого виду і механізм дає збій.
Уявіть завод, відкалібрований під ліві гвинти. Несподівано хтось засинає туди праві. Конвеєр зупиняється.
«Навіть у чистих видах ці великі гени є викликом», — зазначає Ямашида. Клітина докладає величезних зусиль, щоб упоратися зі складністю. “Але цей вид виробив спосіб пристосовуватися”.
Порушіть цей механізм адаптації, змішавши генетику різних видів, і система руйнується.
Чому першими страждають самці
Це пояснює найдавніше правило видоутворення: гетерогаметна стать – самці у людей і мушок (з хромосомами XY) – стає стерильним першим. Самки (XX) зберігають фертильність набагато довше.
Y-хромосома нестабільна. Вона повна швидко еволюціонують послідовностей, що повторюються. Це справжній пороховий погон для несумісності.
Коли два види розходяться еволюційно, їх Y-хромосоми швидше дивергують. Їхні клітинні механізми обробки також починають відрізнятися.
З’єднайте їх знову? Для самців це катастрофа.
Плодові мушки – ідеальні об’єкти для таких досліджень. Вони швидко розмножуються і результати можна спостерігати в динаміці. Цей еволюційний розрив стався нещодавно, тому вчені можуть спостерігати, як репродуктивна ізоляція починається в реальному часі.
Більше, ніж просто біологія мух
Чи це стосується нас?
Можливо. Хромосоми Y у людини також сповнені швидких змін та повторів. Можливі такі збої.
Більш практичний аспект: люди також мають гігантські гени. Гени, довжина яких становить мільйони пар підстав. Гени, пов’язані з м’язовою дистрофією та неврологічними розладами.
Вони складні у обробці. Так само, як гени сперматогенезу у мух.
Обчислювальні методи, використані у цьому дослідженні, можуть допомогти вирішити й ці медичні загадки. Якщо ми зрозуміємо, чому відбувається збій в обробці, можливо, ми знайдемо спосіб його виправити.
Ямашида хоче зрозуміти, чому види поділяються. Чому життя ділиться ізольовані лінії. Це широка мета, яка рухається вузьким технічним збоєм.
Один зламаний етап сплайсингу перетворює потенціал на глухий кут.
