Один червь, два рта: Связь генетики и среды в эволюции круглых червей

Личинка круглого червя Pristionchus pacificus развивается либо в широкоротого хищника, либо в узкоротого потребителя бактерий — в зависимости от условий среды. Исследователи из Института эволюционной биологии Общества Макса Планка (Тюбинген, Германия) под руководством Ральфа Й. Зоммера обнаружили ключевой генетический переключатель, определяющий форму рта, что объясняет, как организмы адаптируются к разным условиям.

Пластичность как стратегия выживания

• Широкий рот с характерным зубом позволяет червю вести хищнический образ жизни.
• Узкий рот используется для питания бактериями.
• Выбор пути развития определяется не генами, а средой: при голоде или перенаселении чаще развивается хищная форма.

Генетический переключатель eud-1

Учёные обнаружили мутантные линии червей, которые всегда развивают узкий рост независимо от условий. У них был инактивирован один и тот же ген — eud-1.

• eud-1 кодирует сульфатазу — фермент, химически модифицирующий другие молекулы.
• Предполагается, что eud-1 влияет на свойства гормональных сигнальных веществ, так как активен преимущественно в нейронах червя.
• При введении дополнительных копий гена eud-1 почти все трансгенные черви развивали широкоротую хищную форму.

Таким образом, eud-1 действует как переключатель на критической стадии развития, направляя развитие по пути "широкий рот" или "узкий рот".

Значение для эволюционной биологии

Способность организмов изменять развитие в ответ на среду известна как фенотипическая пластичность. Открытие гена eud-1 важно, так как молекулярно-генетические механизмы такой пластичности были largely неизвестны.

"Фенотипическая пластичность часто упоминается как объяснение эволюционных адаптаций. Мы предоставляем пример генетического механизма, который делает такие эволюционные развилки возможными", — говорит Ральф Зоммер.

Это открытие поддерживает гипотезу (например, биолога Мэри-Джейн Уэст-Эберхард) о том, что среда может напрямую влиять на возникновение новых признаков, которые впоследствии могут закрепляться на генетическом уровне. Обнаруженный механизм с геном-переключателем eud-1 даёт экспериментальное подтверждение таким сложным эволюционным моделям.