Эволюция гермафродитной нематоды доказывает: детерминированные материнские эффекты могут дать потомству преимущество в жизни

Исследование, проведённое совместно Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре и Высшей нормальной школой в Париже, доказало, что детерминированные материнские эффекты могут дать потомству лучший старт в жизни.

«Это первое наблюдение экспериментальной эволюции материнского эффекта в ответ на изменение окружающей среды», — заявил эволюционный биолог Стивен Пру из UCSB, соавтор статьи в PLOS Biology. Результаты исследования, в котором участвовала крошечная гермафродитная нематода Caenorhabditis elegans, проливают свет на стратегии, используемые организмами в ответ на изменения среды обитания.

В отличие от генотипических эффектов, которые определяют признаки потомства на основе унаследованных генов, родительские (в данном случае материнские) эффекты влияют на фенотипы потомства — физические признаки — во время эмбрионального развития. С точки зрения развивающегося эмбриона эти признаки зависят от качества среды, в которой он растёт. Например, у млекопитающих размер тела и пищевой статус матери повлияют на размер плода.

В более широком смысле генетика матери, которая также определяет размер её тела, здоровье и другие факторы, влияющие на развитие младенца, вносит вклад в материнские эффекты.

Как часть естественного отбора, эти влияния, которые могут быть рандомизированными или детерминированными, могут быть эволюционными стратегиями, приносящими пользу особям и влияющими на выживание вида. Детерминированные эффекты могут обеспечить, чтобы потомство было лучше адаптировано к конкретной среде, которую оно может испытать. Рандомизированные эффекты (также известные как «хеджирование ставок» или «bet hedging») могут обеспечить выживание хотя бы части потомства в непредсказуемой среде за счёт разнообразия признаков.

Однако прямое доказательство пользы материнских эффектов до сих пор отсутствовало.

Для исследования парижские коллабораторы Снигхадип Дей и Энрике Теотонио подвергали поколения C. elegans различным режимам нормальных кислородных условий (нормоксия) и сред с низким содержанием кислорода (аноксия) на стадии яйца, а затем отслеживали признаки у потомства в течение 60 поколений.

Ключевые результаты:

• В предсказуемо меняющейся среде (чередование аноксии и нормоксии каждое поколение) матери, которые сами на раннем этапе испытывали нормоксию, снабжали своих эмбрионов, развивающихся в условиях аноксии, большим количеством гликогена. Это давало эмбрионам инструменты для выживания в условиях кислородного дефицита.
• Этот адаптивный эффект представляет собой «память», которая длится практически всю жизнь особи (около 7 дней) и влияет на обеспечение ресурсами её потомства.
• Также развился компромисс (trade-off) между плодовитостью и вылупляемостью у потомства, пережившего аноксию: взрослые особи откладывали меньше яиц, но вероятность выживания (вылупления) этих яиц увеличивалась.
• В непредсказуемых сценариях (случайные колебания условий) исследователи не наблюдали эволюции стратегии хеджирования ставок для повышения выживаемости потомства. Это говорит о том, что рандомизированные материнские эффекты встречаются реже, менее отзывчивы к среде и, возможно, лишь в редких случаях приводят к адаптациям.

Исследование предполагает, что детерминированные материнские эффекты, однажды возникнув, могут быть адаптивными для различных изменяющихся сред.

В дальнейшем команда планирует изучить, как история эволюции материнских эффектов влияет на популяции при будущих изменениях среды, и может ли информация передаваться более чем через одно поколение.