Мраморные раки — раковые клоны

Наталья Резник

Ната­лья Рез­ник

Несколь­ко лет назад мы рас­ска­зы­ва­ли о новом виде деся­ти­но­гих раков — Procambarus virginalis, они же мра­мор­ные раки. Назва­ние живот­ные полу­чи­ли из-за сво­ей окрас­ки (см. рису­нок), а заме­ча­тель­ны тем, что вид состо­ит исклю­чи­тель­но из три­п­ло­ид­ных самок, кото­рые раз­мно­жа­ют­ся толь­ко пар­те­но­ге­не­зом [1]. Все мра­мор­ные раки мира — кло­ны, потом­ки одной-един­ствен­ной сам­ки.

Впер­вые мра­мор­ных раков обна­ру­жи­ли в сере­дине 1990-х годов немец­кие аква­ри­уми­сты. Живот­ные при­влек­ли вни­ма­ние уче­ных, кото­рые иссле­до­ва­ли их мито­хон­дри­аль­ную ДНК. Тогда-то и выяс­ни­лось, что P. virginalis — отдель­ный вид, про­изо­шед­ший от аме­ри­кан­ско­го вида P. fallax, живу­ще­го в водо­е­мах Фло­ри­ды. Это сим­па­тич­ные суще­ства, их раз­во­дят в аква­ри­умах, в одном из кото­рых, по всей види­мо­сти, и заро­дил­ся рак с три­п­ло­ид­ным гено­мом.

Три­п­ло­и­дия мог­ла воз­ник­нуть при опло­до­тво­ре­нии дипло­ид­но­го яйца гап­ло­ид­ным спер­ма­то­зо­и­дом или при сли­я­нии гап­ло­ид­но­го яйца с дипло­ид­ным спер­ми­ем. Сам­ки мра­мор­ных раков внешне очень похо­жи на самок P. fallax, одна­ко рас­тут быст­рее. С сам­ца­ми P. fallax они не скре­щи­ва­ют­ся. Если сса­дить живот­ных вме­сте, копу­ля­ция про­изой­дет, но сам­ка потом всё рав­но откла­ды­ва­ет толь­ко пар­те­но­ге­не­ти­че­ские яйца.

Как и дру­гих домаш­них питом­цев, мра­мор­ных раков ино­гда выбра­сы­ва­ют на ули­цу. Так они попа­ли в прес­ные водо­е­мы Евро­пы и Мада­га­ска­ра и отлич­но там при­жи­лись, поэто­му не толь­ко ока­за­лись инте­рес­ным лабо­ра­тор­ным объ­ек­том, но и пре­вра­ти­лись в потен­ци­аль­ную эко­ло­ги­че­скую угро­зу мест­ным эко­си­сте­мам. Един­ствен­ный экзем­пляр P. virginalis порож­да­ет мно­же­ство потом­ков. Сам­ки раз­мно­жа­ют­ся раз в 5–7 меся­цев, откла­ды­вая, в зави­си­мо­сти от воз­рас­та, от 50 до 400 яиц, а про­жить они могут более четы­рех лет.

Мраморный рак Procambarus virginalis (Frank Lyko/DKFZ)

Мра­мор­ный рак Procambarus virginalis (Frank Lyko/​DKFZ)

В такой ситу­а­ции уче­ные глаз не спус­ка­ют с мра­мор­ных раков. Послед­ние ново­сти при­шли от спе­ци­а­ли­стов Гер­ма­нии, США и Мада­га­ска­ра под руко­вод­ством про­фес­со­ра Немец­ко­го онко­ло­ги­че­ско­го науч­но­го цен­тра Фран­ка Лико (Frank Lyko). Уче­ные иссле­до­ва­ли уже не мито­хон­дри­аль­ную ДНК, а пол­ный геном P. virginalis [2]. Они исполь­зо­ва­ли ДНК живот­но­го лабо­ра­тор­ной линии «Petshop», кото­рая про­ис­хо­дит от сам­ки, куп­лен­ной в обыч­ном зоо­ма­га­зине.

У три­п­ло­ид­но­го рака ока­за­лось 276 хро­мо­сом, раз­мер гап­ло­ид­но­го гено­ма око­ло 3,5 млрд пар осно­ва­ний, он на 7% боль­ше чело­ве­че­ско­го. Франк Лико и его кол­ле­ги иден­ти­фи­ци­ро­ва­ли более 21 тыся­чи генов. Срав­нив гено­мы несколь­ких осо­бей, иссле­до­ва­те­ли под­твер­ди­ли, что это дей­стви­тель­но три­п­ло­ид­ные пар­те­но­ге­не­ти­че­ские кло­ны, полу­чив­шие два набо­ра хро­мо­сом от одной осо­би P. fallax и тре­тий набор — от дру­гой осо­би, состо­я­щей в отда­лен­ном род­стве с пер­вой.

Геном мра­мор­ных раков содер­жит пере­строй­ки, обыч­но свя­зан­ные с бес­по­лым раз­мно­же­ни­ем, одна­ко их коли­че­ство очень мало, посколь­ку вид еще моло­дой — ему не более 30 лет.

Во вто­рой части рабо­ты уче­ные иссле­до­ва­ли мада­га­скар­скую попу­ля­цию мра­мор­ных раков. В нача­ле XXI века кто-то их при­вез на ост­ров и выпу­стил, и они рас­се­ли­лись по всей стране: в цен­траль­ной гори­стой части и бли­же к побе­ре­жью, даже на рисо­вых полях. Густая сеть прес­ных водо­е­мов, бла­го­при­ят­ные кли­ма­ти­че­ские усло­вия и неве­ро­ят­ная пло­до­ви­тость мра­мор­ных раков спо­соб­ство­ва­ли их рас­про­стра­не­нию. С 2007 по 2017 год общая пло­щадь, заня­тая пар­те­но­ге­не­ти­че­ски­ми все­лен­ца­ми, уве­ли­чи­лась с тыся­чи до ста тысяч квад­рат­ных кило­мет­ров, а чис­лен­ность мада­га­скар­ских мра­мор­ных раков состав­ля­ет мил­ли­о­ны осо­бей. Тако­го напо­ра жиз­ни уче­ные не ожи­да­ли.

Ана­лиз гено­мов пока­зал, что мада­га­скар­ская попу­ля­ция гене­ти­че­ски очень одно­род­на и, без­услов­но, про­изо­шла от мра­мор­ных раков, куп­лен­ных когда-то в немец­ком зоо­ма­га­зине. На ост­ро­ве живут семь энде­мич­ных видов раков, аре­ал кото­рых сосед­ству­ет или пере­кры­ва­ет­ся с аре­а­лом все­лен­цев, и уче­ные наде­ют­ся вовре­мя заме­тить воз­мож­ное небла­го­при­ят­ное воз­дей­ствие P. virginalis на уни­каль­ные мест­ные прес­но­вод­ные сооб­ще­ства. Может быть, даже ему и поме­шать.

О рас­про­стра­не­нии мра­мор­ных раков в Север­ном полу­ша­рии извест­но мень­ше, их встре­ча­ли в есте­ствен­ных водо­е­мах Гер­ма­нии (во Фрай­бур­ге, Гей­дель­бер­ге, Ган­но­ве­ре), в Япо­нии и Шве­ции. Удив­ля­ет уме­ние этих живот­ных при­спо­саб­ли­вать­ся к столь раз­ным кли­ма­ти­че­ским усло­ви­ям при пол­ной гене­ти­че­ской одно­род­но­сти. Счи­та­ет­ся, и во всех учеб­ни­ках запи­са­но, что успеш­ное рас­се­ле­ние вида от Шве­ции до Мада­га­ска­ра воз­мож­но имен­но бла­го­да­ря гене­ти­че­ско­му раз­но­об­ра­зию потом­ства, кото­рое дости­га­ет­ся поло­вым раз­мно­же­ни­ем и пере­ме­ши­ва­ни­ем отцов­ских и мате­рин­ских генов. Одна­ко сам­ки мра­мор­ных раков, кло­ны и без­от­цов­щи­на, пре­крас­но обхо­дят­ся без это­го.

Более того, несмот­ря на свою гене­ти­че­скую оди­на­ко­вость, раки, даже те, кото­рые живут в одном аква­ри­уме и досы­та едят один и тот же корм, суще­ствен­но раз­ли­ча­ют­ся внешне [3]. У них раз­ные раз­ме­ры, коли­че­ство обо­ня­тель­ных и вку­со­вых щети­нок, рису­нок пиг­мен­та­ции (раз­но­об­ра­зие окрас­ки у них пора­зи­тель­ное), про­дол­жи­тель­ность жиз­ни, часто­та раз­мно­же­ния и чис­лен­ность потом­ства. У них раз­ное пове­де­ние: одни осо­би пред­по­чи­та­ют уеди­не­ние, дру­гие соби­ра­ют­ся груп­па­ми; кто-то линя­ет по утрам, а кто-то вече­ром или ночью. Иссле­до­ва­те­ли отме­ча­ют и дру­гие осо­бен­но­сти пове­де­ния, их мно­го.

Если поме­стить пять-шесть моло­дых раков в аква­ри­ум, где негде спря­тать­ся, у них раз­ви­ва­ет­ся иерар­хия с одной доми­нант­ной, дву­мя суб­до­ми­нан­та­ми и дву­мя-тре­мя под­чи­нен­ны­ми осо­бя­ми. При­чем доми­нан­ты ведут себя очень агрес­сив­но и рас­тут суще­ствен­но быст­рее под­чи­нен­ных, хотя раков никто не огра­ни­чи­ва­ет в пита­нии и они едят вво­лю — это вид­но по состо­я­нию кишеч­ни­ка, кото­рый про­све­чи­ва­ет сквозь покро­вы.

По мне­нию немец­ких иссле­до­ва­те­лей, эти раз­ли­чия мож­но объ­яс­нить спон­тан­но воз­ни­ка­ю­щи­ми осо­бен­но­стя­ми мети­ли­ро­ва­ния [3]. Общий уро­вень мети­ли­ро­ва­ния у мра­мор­ных раков, живу­щих в абсо­лют­но оди­на­ко­вых усло­ви­ях, дей­стви­тель­но раз­ный, хотя уче­ные не соот­но­си­ли кон­крет­ные изме­не­ния с осо­бен­но­стя­ми пове­де­ния и обли­ка живот­ных. Одна­ко метиль­ные груп­пы, при­со­еди­ня­ясь к опре­де­лен­ным участ­кам ДНК, вли­я­ют на рабо­ту генов и вполне могут обес­пе­чить и внеш­нее раз­но­об­ра­зие, и при­спо­соб­лен­ность к широ­ко­му диа­па­зо­ну усло­вий сре­ды.

Оче­вид­но, со вре­ме­нем эта армия кло­нов обре­тет гене­ти­че­ское раз­но­об­ра­зие под вли­я­ни­ем внут­рен­ней измен­чи­во­сти гено­ма, мута­ге­нов окру­жа­ю­щей сре­ды, дрей­фа генов и вли­я­ния отбо­ра. Как отме­ча­ет Франк Лико, эти же фак­то­ры игра­ют важ­ную роль в эво­лю­ции гено­ма зло­ка­че­ствен­ной опу­хо­ли. Не слу­чай­но мра­мор­ны­ми рака­ми заин­те­ре­со­ва­лись спе­ци­а­ли­сты онко­ло­ги­че­ско­го цен­тра.

Как и мра­мор­ные раки, рако­вые клет­ки эво­лю­ци­о­ни­ру­ют кло­наль­но, посколь­ку вся опу­холь — пото­мок един­ствен­ной клет­ки. Зло­ка­че­ствен­ная опу­холь так­же спо­соб­на адап­ти­ро­вать­ся к внеш­ним усло­ви­ям, напри­мер выра­ба­ты­вая устой­чи­вость к лекар­ствам. Эта устой­чи­вость воз­ни­ка­ет в том чис­ле бла­го­да­ря эпи­ге­не­ти­че­ским меха­низ­мам. Фрэнк Лико и его кол­ле­ги соби­ра­ют­ся исполь­зо­вать мра­мор­ных раков как модель для изу­че­ния эво­лю­ции кло­наль­но­го гено­ма рако­вых кле­ток.

Ната­лья Рез­ник

1. Рез­ник Н. Мра­мор­ные девы захва­ты­ва­ют мир /​/​ ТрВ-Нау­ка, № 194 от 22 декаб­ря 2015, с. 15.

2. Gutekunst J., Andriantsoa R., Falckenhayn C., Hanna K., Stein W., Rasamy J., Lyko F. Clonal genome evolution and rapid invasive spread of the marbled crayfish /​/​ Nature Ecology & Evolution, 2018, 2, pp. 567–573, doi: 10.1038/s41559–018‑0467–9

3. Vogt G., Huber M., Thiemann M., van den Boogaart G., Schmitz O. J., Schubart C. D. Production of different phenotypes from the same genotype in the same environment by developmental variation /​/​ J. Exp. Biol., 2008, 211, pp. 510–523, doi: 10.1242/jeb.008755

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , ,

 

Один комментарий

  • Алексей В. Лебедев:

    Вооб­ще вся эта исто­рия выгля­дит доволь­но тре­вож­но, как сюжет фан­та­сти­че­ско­го ужа­сти­ка, вро­де «Дня три­ф­фи­дов» или «Оби­тель зла». Наши пред­став­ле­ния о том, что поло­вое раз­мно­же­ние заве­до­мо луч­ше и пар­те­но­ге­нез обре­чен, могут быть экс­тра­по­ля­ци­ей «антроп­но­го прин­ци­па». Дей­стви­тель­но ли мра­мор­ный рак «заро­дил­ся» в чьем-то аква­ри­уме, или он был выве­ден в поряд­ке экс­пе­ри­мен­та? Воз­мож­ны ли тео­ре­ти­че­ски пар­те­но­ге­не­ти­че­ские полип­ло­и­ды для дру­гих живот­ных, осо­бен­но мле­ко­пи­та­ю­щих?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com