40 milljón ár án kynæxlunar

Langflestir heilkjörnungar stunda kynæxlun, það er karl og kerling skaffa kynfrumur sem renna saman í nýja einstakling. Reyndar finnast nokkur dæmi um kynlausa æxlun, þegar einstaklingar geta af sér aðra einstaklinga án þess að til komi samruni við frumur annars einstaklings. Kynlaus æxlun er það sem rætt er um sem náttúruleg klónun, þar sem afkomandinn er með sömu arfgerð og foreldrið (fyrir utan nýjar stökkbreytingar t.d. vegna eftirmyndunar erfðaefnisins).

John Maynard Smith (1978) gerði skil tilgátum og rannsóknum á þróun kynæxlunar í frægri bók ("the evoluton of sex"). Þar lagði hann áherslu á að tegundir sem æxlast kynlaust hafa tilhneigingu til að deyja út. Kynlaus æxlun er stundum notadrjúg, t.d. til að ryðjast inn í nýtt búsvæði þegar jökull hörfar, en að henni virðist einnig fylgja fórnarkostnaður, líklega minni þróunarlegur sveiganleiki og meiri líkur á útdauða.

Þess vegna er hópur frumstæðra dýra, hjóldýr úr hópnum Bdelloidae (e. "Bdelloid rotifer") svo forvitnilegur. Niðurstöður benda til þess að þessi hópur hjóldýra hafi komist af án kynæxlunar í um 40 milljón ár, sem virðist í sláandi mótsögn við ályktanir Maynard-Smiths.

Í maí 2008 birtist grein frá Gladyshev og félögum í Science sem bendir til þess að hjóldýrin hafi komist hjá kynæxlun með því að stela genum. Hliðlægur flutningur gena gerist oft meðal baktería ("horizontal gene transfer"), og byggir á því að bakteríur taka gjarnan upp DNA (til neyslu) og í sumum tilfellum innlimast slíkir bútar inn í erfðamengi þeirra. Ef slíkt framandi DNA skráir prótein sem eykur Darwinska hæfni viðkomandi bakteríu þá velst hún náttúrulega úr (banvænt DNA leiðir eðlilega til þess að viðkomandi baktería deyr, og ekki söguna meir). Raðgreining erfðamengja fleiri  heilkjörnunga sýndi að hliðlægur flutningur gerist ekki hjá heilkjörnungum*, líklega vegna þess erfðaefni þeirra er geymt í kjarna.

Gladyshev og vinir sáu að sum gen einnar hjóldýrategundar (Adineta vaga) voru greininlega upprunin í bakteríum og önnur líkust genum í sveppum. Slíkt er einungis hægt að útskýra með hliðlægum flutningi gena milli tegunda. Þetta sést skýrt þegar þróunartré mismunandi gena eru borin saman, sum gen A. vaga raðast með frumdýrum, önnur með sveppum og enn önnur með bakteríum (genin úr A. vaga eru rauð og lenda í mismunandi stöðum í þróunartrénu). Höfundarnir kasta fram þeirri tilgátu að hjóldýr taki upp mikið af erfðaefni vegna þess að þau upplifi þurrk reglulega, sem geti leitt til þess að hjúpur þeirra opnist.

Mynd úr grein Eugene A. Gladyshev og félaga í Science.

Stóra spurningin sem eftir stendur er hvort að genin sem fluttust inn í hjóldýrin hafi gert þeim kleift að komast af án kynæxlunar í 40 milljón ár?

Björgvin Rúnar Leifsson, á skilið þakkir fyrir að benda á skyssu í upphaflegum pistli sem nú hefur verið leiðrétt (sjá athugasemdir).

Ítarefni um hjóldýrin:

B. B. Normark, O. Judson, N. Moran Genomic signatures of ancient asexual lineage, Biol. J. Linn. Soc 79, 69 (2003).

Ágrip greinar um genaflutning í hjóldýrum:

E. A. Gladyshev, M.Meselson, I. R. Arkhipova Massive horizontal gene transfer in Bdelloid Science 30 May 2008: 1210-1213.

* Eða er ákaflega fátíður! 

Athugasemdir

[Jóhannes (IP-tala skráð) 18.12.2008 kl. 17:18]

kúl

[Björgvin R. Leifsson, 18.12.2008 kl. 22:28]

Fróðlegt erindi - en skv. því, sem ég lærði í hryggleysingjakúrsinum í líffræðináminu í gamla daga eru hjóldýr (Rotifera) ekki frumdýr (Protozoa). Frumdýr eru heilkjarna, óljóstillífandi einfrumungar, sem ekki mynda gró líkt og einfrumu sveppir geta gert. Hjóldýr eru aftur á móti fjölfrumu dýr með vefjaskipulagi og tilheyra svokölluðum Pseudocoelomat dýrum eða dýrum með óeiginlegt líkamshol - þar sem kímblöðruholið verður líkamshol í stað þess að nýtt myndist. Auk þess finnast margar gerðir hjóldýra, þar sem meyfæðing (þ.e. kynlaus æxlun þar sem kvendýrin verpa ófrjóvguðum eggjum, sem úr koma nýjar kynslóðir kvendýra) er aðal fjölgunarmátinn en í byrjun óhagstæðrar árstíðar koma karldýr, sem frjóvga þau egg ,sem síðan lifa af hina óhagstæðu árstíð.

Getur verið að þú eigir við einhverja gerð bifdýra?

[Arnar Pálsson, 19.12.2008 kl. 09:08]

Björgvin

Bestu þakkir fyrir að koma auga á þessa skyssu hjá mér, og að gera líffræði hópsins ítarlegri og betri skil.

Kær kveðja

[Björgvin R. Leifsson, 19.12.2008 kl. 19:26]

Takk Arnar. Ég hef gaman af að lesa pistlana þína og dáist að þér fyrir að þú skulir nenna að svara trúarbrjálæðingum, sem rekast hér inn.

[Arnar Pálsson, 22.12.2008 kl. 12:03]

Björgvin

Takk kærlega fyrir stuðninginn. Stephen J. Gould hélt því fram að trú og vísindi þurfi ekki að berjast á banaspjótum, og félagi hans Niles Eldredge benti á að sterkar taugar bæði líffræðinga og trúaðra til náttúrunnar ætti að vera sameiningartákn. Væri ekki frábært ef við ynnum saman að því að vernda náttúruna og lífríkið?

[Björgvin R. Leifsson, 22.12.2008 kl. 12:50]

Jú, það væri aldeilis frábært. En gleymdu ekki að skv. flestum trúarbrögðum heimsins er maðurinn herra og drottnari jarðarinnar. Því miður túlka margir það svo að við megum fara okkar fram burtséð frá áhrifum umsvifa okkar á jörðina og lífríki hennar.