Аргумент в пользу полового отбора у бактерий

Половой отбор может объяснять явления, которые не поддаются объяснению с помощью одного лишь естественного отбора. В статье-мнении, опубликованной 4 сентября в журнале Trends in Microbiology, исследователи из Университета Эксетера предполагают, что некоторые бактерии также могут демонстрировать половой отбор.

Бактерии обычно размножаются клонированием, но также известны обменом ДНК. Этот процесс, называемый латеральным (горизонтальным) переносом генов, может происходить тремя путями: трансдукцией, конъюгацией и трансформацией. Исследовательская группа полагает, что этот обмен ДНК (и, в частности, трансформация) в некоторых случаях может регулироваться половым отбором.

«Трансформация и другие формы переноса ДНК очень распространены почти у всех типов бактерий и оказывают огромное влияние на их эволюцию. Например, бактерии могут захватывать гены устойчивости к антибиотикам от других штаммов и видов, что имеет серьезные последствия для здоровья человека», — говорит первый автор Михил Вос, микробиолог из Университета Эксетера. — «Поэтому важно попытаться понять, почему именно они эволюционировали, чтобы высвобождать и захватывать ДНК».

При трансформации клетка-донор высвобождает свою ДНК в окружающую среду, либо активно выводя её из клетки, либо просто разрываясь. Клетка-реципиент может затем захватить свободно плавающую ДНК и включить её в свой собственный геном.

Ученые выдвигают несколько теорий, объясняющих, почему бактерии это делают. Некоторые сосредоточены на естественном отборе и пользе новой ДНК для выживания клетки. Другие утверждают, что трансформация вообще не связана с естественным отбором, а служит другим целям, например, использованию ДНК из среды в качестве пищи или для ремонта, а генетическое смешение является лишь случайным побочным продуктом. Вос и его коллеги считают, что хотя естественный отбор должен действовать на высвобождение и захват ДНК, могут существовать дополнительные преимущества полового отбора.

«Одна из аналогий, которую мы провели и которая будет спорной для некоторых, — это сравнение высвобождения и захвата ДНК с мужской и женской функциями соответственно», — говорит Вос. — «Женские и мужские функции определяются размером гамет — крупных яйцеклеток или мелких сперматозоидов — и, конечно, у бактерий нет гамет».

Однако исследователи видят несколько проверяемых аналогий между трансформацией у бактерий и половым отбором у других организмов. Например:

• Бактерии вкладывают энергию в высвобождение ДНК, а самцы животных — в производство множества сперматозоидов.
• То же самое касается затратного захвата ДНК и производства яйцеклетки, лишь половина генетического материала которой происходит от матери.

Половой отбор иногда может приводить к принуждению, когда (обычно) самцы вырабатывают агрессивные тактики, чтобы принудить самок к спариванию. Это, в свою очередь, приводит к отбору самок, устойчивых к такому принуждению. У бактерий принуждение может принимать форму высвобождения химических сигналов, которые подготавливают другие бактерии к захвату ДНК. В другом возможном примере полового отбора недавние исследования показали, что некоторые виды бактерий захватывают ДНК после избирательного лизиса (разрыва) неродственных штаммов, что может увеличивать шансы захвата новых адаптивных генов из разрушенных клеток.

«Мы считаем, что секс через принуждение также может происходить у бактерий», — говорит Вос.

Ученые из Эксетера теперь планируют эксперименты для проверки этих идей. Авторы надеются, что будущие исследования бактериального обмена генами будут учитывать теорию полового отбора, разработанную в контексте животных.