Земляные черви раскрывают эволюционный механизм, бросающий вызов Дарвину
Исследование Института эволюционной биологии (IBE) впервые указывает на механизм быстрой, масштабной геномной реорганизации, который мог сыграть роль в переходе морских животных к жизни на суше 200 млн лет назад. Результаты опубликованы в Nature Ecology & Evolution.
Неожиданная геномная революция
Команда впервые секвенировала геномы высокого качества различных земляных червей и сравнила их с близкородственными морскими кольчатыми червями (пиявками и многощетинковыми). Анализ позволил заглянуть на 200 млн лет назад, в эпоху выхода предков этих животных на сушу.
Ключевое открытие: геномы червей претерпели не постепенное изменение, а изолированные взрывы глубокой генетической перестройки при переходе из океана на сушу.
«Огромная реорганизация геномов, которую мы наблюдали у червей, не может быть объяснена бережливым механизмом, предложенным Дарвином; наши наблюдения гораздо больше соответствуют теории прерывистого равновесия Гулда и Элдриджа», — комментирует Роза Фернандес, ведущий исследователь IBE.
Механизм «хромосомного хаоса»
Исследователи обнаружили, что морские черви «разбили» свой геном на тысячи фрагментов, а затем заново собрали его для жизни на суше. Это явление бросает вызов существующим моделям эволюции генома.
«Весь геном морских червей был разрушен, а затем реорганизован совершенно случайным образом, за очень короткий по эволюционным меркам период», — говорит Фернандес.
Возможное объяснение, почему такая радикальная перестройка не привела к вымиранию, — гибкая 3D-структура хромосом этих червей. Благодаря гибкости гены из разных частей генома могли менять положение, но продолжать работать согласованно.
Крупные изменения в ДНК могли помочь червям быстро адаптироваться к наземной жизни (дыханию воздухом, воздействию солнечного света), создавая новые «генетические химеры» из ранее разделённых фрагментов.
Связь с теорией прерывистого равновесия
Наблюдения согласуются с моделью прерывистого равновесия: долгий период стабильности сменяется взрывом геномных изменений. Это может объяснить, почему в летописи окаменелостей часто не хватает промежуточных форм.
Подобные механизмы радикальной реорганизации хромосом (хромоанагенез) ранее наблюдались только при прогрессировании рака у человека. Разница в том, что у червей такие перестройки переносимы и, возможно, полезны, а у человека приводят к заболеваниям.
Будущее исследований
Исследование предполагает, что стабильность геномной структуры может быть скорее исключением, чем правилом для некоторых животных. Изучение малоисследованных беспозвоночных может открыть новые принципы пластичности и организации генома.
«Обе точки зрения, Дарвина и Гулда, совместимы и дополняют друг друга. В то время как неодарвинизм прекрасно объясняет эволюцию популяций, он ещё не смог объяснить некоторые исключительные и crucial эпизоды в истории жизни на Земле... Именно здесь теория прерывистого равновесия может предложить ответы», — заключает Фернандес.
В исследовании участвовали специалисты из Автономного университета Барселоны, Тринити-колледжа, Мадридского университета Комплутенсе, Кёльнского университета и Свободного университета Брюсселя.