Обнаружены свидетельства неадаптивной эволюции у симбионтов цикад

Исследование под руководством доцента Университета Монтаны Джона Маккатчеона показало, что питательные симбионты, живущие внутри долгоживущих цикад, стали значительно сложнее, что, вероятно, невыгодно для самого насекомого.

Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, посвящена изучению симбиоза цикад (сосущих сок насекомых) с двумя бактериями: Sulcia и Hodgkinia. Эти бактерии производят аминокислоты, необходимые цикаде для выживания, а сами живут внутри неё. Все три участника симбиоза полностью зависят друг от друга: потеря бактерий приводит к гибели цикады.

Ранее команда обнаружила, что у некоторых цикад бактерия Hodgkinia разделилась на два новых вида, превратив трёхсторонний симбиоз в четырёхсторонний. Новое исследование показало, что эта фрагментация усиливается у цикад с самым долгим жизненным циклом — периодических цикад Magicicada (с 13- и 17-летним циклом).

Ключевые находки:

• У цикад Magicicada Hodgkinia фрагментировалась на множество новых видов — вероятно, от 20 до 50.
• Исходные функции Hodgkinia теперь распределены между множеством геномов, многие из которых находятся в отдельных клетках. Для выполнения задачи, которую раньше решала одна клетка, теперь требуется коллектив.
• Для цикады симбиоз превратился из трёхстороннего партнёрства в систему, включающую десятки взаимодействующих и взаимозависимых видов.

Интерпретация и значение:

Исследователи считают, что эта усложняющаяся «бюрократия» является результатом неадаптивной эволюции с точки зрения цикады-хозяина. Долгий жизненный цикл цикады, по-видимому, не позволяет ей предотвратить разделение Hodgkinia, и ей приходится либо справляться с изменениями, либо столкнуться с коллапсом всего симбиоза.

Эта работа имеет значение для понимания эволюции симбионтов в целом, включая митохондрии в наших клетках, которые также являются результатом древнего бактериального симбиоза. Изучение эволюции Hodgkinia может дать представление о прошлом органелл, чья история была стёрта временем.