«Несмотря на то, что у мужчин и женщин есть общие геномы, каждый из них должен иметь дело с очень разными факторами селективного давления», — сказал Николас ВанКурен, аспирант Калифорнийского университета в Чикаго и соавтор исследования, опубликованного на этой неделе в журнале Nature Ecology. Эволюция. «Поистине неожиданный результат этого исследования заключается в том, что, несмотря на то, что эти гены были такими молодыми, они быстро эволюционировали, не только для смягчения сексуального конфликта, но и для развития важных, специфичных для пола функций».
Самцы и самки многих видов животных могут иметь совершенно разные физические черты. У самцов, например, часто есть яркое, кричащее оперение, чтобы привлечь внимание самок, тогда как самки могут иметь тусклый вид, чтобы обеспечить маскировку во время гнездования. Эти черты напрямую влияют на количество потомства, которое производят самцы и самки, но как они развивают такие кардинально разные внешности, если имеют один и тот же геном?
Говорят, что гены, контролирующие эти конкурирующие черты, например размер и цвет перьев, подвергаются половому конфликту или противоположному отбору самцами и самками.В новом исследовании ВанКурен и соавтор Маньюан Лонг, доктор философии, профессор Эдны К. Папазян из Калифорнийского университета в Чикаго, проанализировали повторяющиеся копии гена у плодовой мухи Drosophila melanogaster. Две копии, названные Apollo и Artemis, возникли как по существу один и тот же ген, когда D. melanogaster впервые развился как отдельный вид 1,5 миллиона лет назад.
Основываясь на генетических различиях, которые ВанКурен и Лонг теперь видят между Аполлоном и Артемидой у современных мух, они подсчитали, что исходный ген продублировал сам себя или был скопирован и вставлен в качестве второй версии в геном около 200000 лет назад.С тех пор, как брат-близнец и сестра греческих богов, в честь которых они названы, Аполлон и Артемида пошли своим путем. И мужчины, и женщины несут обе копии, но используют их по-разному. Аполлон стал незаменимым помощником для генерации сперматозоидов самцами, в то время как Артемида необходима самкам для производства яйцеклеток.
Это одно из первых исследований, в которых представлены данные, показывающие, что дупликация гена может разрешить сексуальный конфликт в гене, и что отдельные функции могут развиваться гораздо быстрее, чем предсказывают классические эволюционные теории.«Это необычно быстро», — сказал Лонг. «Все предыдущие открытия говорят о десятках миллионов лет развития половых функций, так что это драматично».Даже когда они прочно закрепились в геноме D. melanogaster, Аполлон и Артемида по-прежнему демонстрируют напряжение сексуального конфликта. Когда ВанКурен и Лонг экспериментально отключили Artemis у самцов, их фертильность увеличилась; Точно так же отключение Аполлона увеличивало женскую фертильность.
Даже после того, как они дублировались и специализировались, их присутствие по-прежнему оказывает пагубное влияние на противоположный пол.Хотя ВанКурен и Лонг еще не знают функции предкового гена, предшествовавшего Аполлону и Артемиде, они подозревают, что он, должно быть, подвергся чрезвычайно сильному сексуальному конфликту, чтобы увидеть остаточные эффекты. И, специализируясь на таком коротком промежутке времени, эти гены-близнецы показывают, что некоторые из наиболее важных биологических функций могут развиваться относительно быстро.
«Хотя эти гены могли образоваться 200 000 лет назад, мы видим совершенно разные, но важные функции у этих двух полов», — сказал Ван Курен. «Обычно, когда люди думают о действительно важных функциях генов, они думают об очень старых генах, которые выдержали испытание временем. Но это действительно показывает, что возраст может не дать всей истории о функциях генов».