Яйца хорошо видны у здоровой водяной блохи вида Daphnia magna слева. Зараженная водяная блоха того же вида справа была кастрирована паразитом и больше не способна формировать яйца. Инфекцию также можно увидеть в том факте, что зараженная водяная блоха становится непрозрачной. Например, кишечник (зеленая трубка) больше не виден. Кредит: Университет Базеля, Джейсон Андрас
Хозяева и их паразиты находятся в постоянной конкуренции. Благодаря генетическому разнообразию хозяин может измениться таким образом, что заражение больше невозможно. Однако паразит быстро адаптируется — и игра начинается снова. В эволюционной биологии это также называется «моделью Красной Королевы» в честь персонажа из книги «Алиса в Стране чудес», который продолжает бежать, никуда не попадая.
Эти процессы могут происходить без перерыва в течение многих миллионов лет, как сообщила исследовательская группа из Департамента наук об окружающей среде Базельского университета в журнале Nature Communications. Это гораздо более длительный период, чем считалось ранее. Для исследования группа под руководством профессора Дитера Эберта сравнила генетический материал водяных блох размером с миллиметр, зараженных паразитической бактерией.
Паразит проникает в кишечник водяной блохи, где прикрепляется к слою слизи. Водяная блоха может предотвратить инфекцию, изменяя молекулы, которые зафиксированы на поверхности этой слизи. Затем паразит адаптирует свою собственную поверхность к измененной структуре слизи и на короткое время снова оказывается в лидерах. Этот процесс коэволюции гарантирует, что множественные генетические варианты поверхностных молекул всегда сохраняются в водяной блохе, и ни один из них не преобладает.
Еще более глубокий взгляд в прошлое
До сих пор исследователям удалось проследить эту коэволюцию между водяной блохой и паразитом до последнего ледникового периода, около 100 000 лет назад.
«Теперь мы сделали еще один гигантский скачок вперед и смогли показать, что процесс начался по меньшей мере 15 миллионов, может быть, даже 70 миллионов лет назад», — говорит профессор Эберт. Что особенно удивительно, так это то, что этот процесс происходил без перерыва, хотя условия жизни на Земле несколько раз кардинально менялись за этот период.
«Мы говорим не о разнице температур в один или два градуса, а о колебаниях более чем на 10 градусов, включая множественные ледниковые периоды». Процесс, возможно, даже пережил удар метеорита, который обвиняют в вымирании динозавров.
Исследовательская группа использовала три разных вида водяных блох, собранных в природных популяциях Северной Америки, Африки, Европы и Азии. Филогенетический анализ показал, что эти виды отделились как минимум 15 миллионов лет назад. Тем не менее, все они были восприимчивы к одной и той же паразитической бактерии.
Затем исследователи обнаружили в генетическом материале водяной блохи несколько участков, которые кодировали компоненты иммунной системы и демонстрировали высокую степень изменчивости. Такое разнообразие позволяет водяной блохе продолжать блокировать доступ паразита.
Удивительно, но эти вариабельные области были обнаружены в одних и тех же участках генетического материала у всех видов водяных блох. Это показывает, что коэволюция между водяными блохами и паразитом началась до того, как вид-хозяин отделился, по крайней мере 15 миллионов лет назад. Это также означает, что этот процесс был непрерывным, поскольку прерывание означало бы, что генетические варианты были бы утеряны за относительно короткое время.
Меньшая изменчивость, большая восприимчивость к инфекциям
«Мы склонны думать, что эволюция всегда изобретает что-то новое. Здесь мы смогли показать, что одни и те же варианты генов использовались снова и снова в течение огромных периодов времени», — говорит Эберт. У людей генетическая изменчивость также обеспечивает гибкую иммунную систему — например, в «комплексе гистосовместимости», который распознает и борется с чужеродными структурами. Однако никому не удавалось проследить эти процессы очень далеко назад.
И в отличие от водяной блохи, она, по-видимому, затрагивает несколько патогенов. «Генетическое разнообразие обеспечивает защиту от инфекционных заболеваний, включая новые заболевания. Вот почему так важно понимать, как эта изменчивость поддерживается в течение длительных периодов времени», — говорит эволюционный биолог.
Дополнительная информация: Лука Корнетти и др., Долгосрочный балансирующий отбор для устойчивости к патогенам поддерживает трансвидовые полиморфизмы у планктонных ракообразных, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49726-8
Информация о журнале: Nature Communications
Предоставлено Базельским университетом
