Инвазивная рыба: Захват спермы как стратегия успеха
Прусский карп считается одним из самых успешных инвазивных видов рыб в Европе. Его способность к бесполому размножению даёт ему серьёзное преимущество перед рыбами-конкурентами. Международной исследовательской группе впервые удалось описать полный геном прусского карпа. Это также позволило гораздо лучше понять его необычный способ размножения. Исследование под руководством Дуньи Ламач из Исследовательского отдела лимнологии Университета Инсбрука (Австрия) было опубликовано в журнале Nature Communications.
Прусский карп (Carassius gibelio), родом из Азии, является инвазивным видом в Европе. Это близкий родственник золотой рыбки, и он конкурирует с находящимся под угрозой исчезновения местным карасём за одну и ту же среду обитания. Однако, в то время как золотые рыбки и караси обычно размножаются половым путём, прусский карп имеет серьёзное эволюционное преимущество: самки могут избежать трудоёмкого поиска партнёра.
Партеногенез в воде
Вместо этого самки прусского карпа используют сперму самцов карася или других карповых видов. Для этого они смешиваются со стаей карасей, где их отложенная икра оплодотворяется самцами.
Захваченная сперма стимулирует яйцеклетку прусского карпа к делению. Генетический материал самца затем разрушается в яйцеклетке без использования. Это называется спермозависимым партеногенезом, или девственным размножением. Всё потомство, произведённое таким способом, является женскими клонами самки прусского карпа. Поэтому большинство популяций прусского карпа состоят исключительно из самок; самцы встречаются крайне редко.
«Унисексуальное, или чисто женское размножение позволяет быстро колонизировать новые места обитания и даёт инвазивным видам серьёзное преимущество перед их исконными конкурентами», — объясняет Дунья Ламач. Её исследование сосредоточено на изучении механизмов унисексуального размножения у водных организмов.
В исследовании, инициированном Ламач, ей и международной команде учёных удалось полностью расшифровать геном прусского карпа. В результате механизм, лежащий в основе его унисексуального размножения, теперь можно лучше понять.
Гибридность приводит к новым видам
Полная наследственная информация организма, геном, разделена на различные наборы хромосом. Животные, размножающиеся половым путём, обычно имеют двойной (диплоидный) набор хромосом. При размножении хромосомы самок и самцов делятся на половые клетки (мейоз), и передаётся только один одинарный (гаплоидный) набор хромосом за раз. Слияние гаплоидной яйцеклетки и гаплоидного сперматозоида в итоге восстанавливает диплоидный организм.
Однако сбои во время мейоза или скрещивание родственных видов неоднократно приводят к появлению организмов, имеющих более 2 наборов хромосом (полиплоидия). Полиплоидные высшие позвоночные нежизнеспособны, но рыбы, амфибии и рептилии — жизнеспособны. Таким образом могут эволюционировать даже новые виды — как прусский карп.
Происхождение унисексуальности
Прусский карп является гексаплоидом — это означает, что у него шесть наборов хромосом. Четыре из них объединились в результате скрещивания неродственных видов рыб — два других были добавлены при скрещивании с близкородственной рыбой.
«Предположительно, в какой-то момент во время этих скрещиваний возникли проблемы в формировании гамет. Это могло стать одним из триггеров унисексуального размножения», — объясняет Ламач. «У видов, размножающихся партеногенетически, мейоз нарушается, и слияние гамет больше не требуется».
В сотрудничестве с исследовательскими группами из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства им. Лейбница в Берлине (IGB) и Университета Вюрцбурга удалось разделить геном прусского карпа на отдельные наборы хромосом. Впервые описана вся генетическая информация гексаплоидного животного и проанализированы все шесть наборов хромосом. Геном прусского карпа состоит в общей сложности из 150 хромосом, что более чем в три раза превышает количество хромосом в геноме человека.
Анализы пролили свет на то, как эти шесть наборов хромосом могут сосуществовать и работать вместе. Идентификация всех 150 хромосом впервые позволяет понять полную структуру генома прусского карпа, а также его сложную эволюционную историю. Это открывает множество других интересных исследовательских вопросов об этой инвазивной рыбе.