Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению

Яйцо действительно появилось первым. Откладывание яиц возникло в глубине эволюции, задолго до того, как животные вышли на сушу.

На протяжении всей эволюции в животном мире было множество независимых переходов к живорождению, включая насекомых, рыб, рептилий и млекопитающих. Однако эти примеры мало что говорят о количестве генетических изменений, необходимых для перехода от яйца к живому потомству.

Теперь международная группа исследователей под руководством постдока ISTA Шона Станковски на примере скромной морской улитки выявила генетические изменения, которые лежат в основе перехода к живорождению. Главное преимущество изучения этого феномена на морских улитках: Живородящие развились у этих организмов в течение последних 100 000 лет, что в эволюционном плане является мгновением. Таким образом, эти морские улитки могут дать уникальный шанс раскрыть генетическую основу живорождения.

Почти все млекопитающие рожают живыми, и эта функция сопровождает их эволюцию уже около 140 миллионов лет. Однако в данном исследовании мы можем изучить, как живорождение развилось у морских улиток совершенно независимо и гораздо более недавно, — говорит Станковски.

Главный вывод команды: переход к живорождению вызван примерно 50 генетическими изменениями, которые разбросаны по всему геному улитки.

Один вид, более сотни названий

Приморская морская улитка Littorina saxatilis — самое неправильно идентифицированное существо в мире, сообщила в 2015 году газета The Guardian. На протяжении столетий ученые более ста раз описывали ее как новый вид или подвид, несмотря на то, что она часто встречается у берегов Северной Атлантики. Вся эта путаница, вероятно, возникла из-за многочисленных вариаций раковин и мест обитания этого вида. Кроме того, у L. saxatilis уникальный способ размножения: он эволюционировал в сторону живорождения, в то время как родственные ему морские улитки откладывают яйца. «Ученые в основном изучали вариации раковин L. saxatilis, а не то, что отличает этот вид от его родственников, откладывающих яйца. Реальность такова, что этот вид улиток является странным, когда речь идет о стратегии размножения», — говорит Станковски.

Потеря яйца, шаг за шагом

Открытием для нас стал момент, когда Станковски составил филогенетическое древо, или эволюционную «родословную», L. saxatilis и других родственных видов Littorina, откладывающих яйца, используя целые геномные последовательности. Он показал, что, хотя живорождение — единственный признак, отличающий L. saxatilis от его родственников, откладывающих яйца, L. saxatilis не образует единой эволюционной группы. Именно это несоответствие между репродуктивной стратегией и происхождением в конечном итоге позволило Станковски и его коллегам отделить генетическую основу живорождения от других генетических изменений в геноме улитки.

Нам удалось выявить 50 геномных областей, которые в совокупности определяют, откладывают ли особи яйца или рождают живую молодь, — говорит Станковски.

Мы не знаем, что именно делает каждый регион, но мы смогли связать многие из них с репродуктивными различиями, сравнив паттерны экспрессии генов у улиток, откладывающих яйца и рождающих живых детенышей.

В целом, полученные результаты позволяют предположить, что живорождение развивалось постепенно, путем накопления множества мутаций, возникших за последние 100 000 лет.

Издержки и преимущества живорождения

Исследование показывает, что переход к живорождению позволил улиткам распространиться на новые территории и места обитания, где яйцекладущие не могут выжить и размножаться. Однако точные преимущества живорождения у этих улиток остаются загадкой.

Мы не знаем наверняка, но переход от откладывания яиц к живорождению мог произойти в результате естественного отбора, благоприятствующего увеличению времени хранения яиц, когда они в конечном итоге вылупляются внутри матери. Мы предполагаем, что яйца могли быть более восприимчивы к высыханию, физическим повреждениям и хищникам, — говорит Станковски.

В живородящих особях потомство защищено от внешних воздействий до тех пор, пока оно не сможет само о себе позаботиться, добавляет он. Но, решив одну проблему, живородящие, несомненно, создали бы другие.

Дополнительные инвестиции в потомство почти наверняка предъявили бы новые требования к анатомии, физиологии и иммунной системе улиток. Вполне вероятно, что многие из выявленных нами геномных областей участвуют в реагировании на подобные вызовы.

Картирование функции каждого гена

Хотя работа проливает новый свет на процесс перехода от яиц к живому потомству, на многие вопросы еще предстоит ответить.

Большинство генетических инноваций на самом деле очень старые и запутанные в эволюционных масштабах, что затрудняет изучение их происхождения, — говорит Станковски.

Эти улитки позволили нам сделать именно это, но мы только начали изучать то, что они могут рассказать нам о происхождении новизны.

В качестве следующего шага исследователи хотят определить функцию каждой мутации.

Мы стремимся понять, как каждое генетическое изменение шаг за шагом формировало форму и функции улиток на пути к живорождению, — заключает Станковски.

05.01.2024