Tardigrades - животные, которые процветают в крайностях. Водные микроскопические беспозвоночные, также известные как водяные медведи или поросята мха, могут выдерживать температуры замерзания и кипения, а также суровые условия космического пространства. Высохший tardigrade можно реанимировать, просто добавляя воду - даже спустя десятилетия. Они встречаются на всех континентах, включая Антарктиду, и живут в окружающей среде - от самых глубоких океанских окопов до самых горячих пустынь и вершин Гималаев.
Связанный контент
- Половые хромосомы человека - неаккуратные ДНК
- Как крошечный водяной медведь выживает в космическом пространстве?
Теперь ученые обнаружили, что у tardigrades есть еще одно крайнее притязание на славу: в их геноме содержится самая чужеродная ДНК из всех известных видов животных.
Исследователи сообщают, что в PNAS сегодня вместо того, чтобы наследовать все свои гены от своих предков, тардиграды получают колоссальную шестую часть своего генетического состава от неродственных растений, бактерий, грибов и архей. Причудливый мэшап подчеркивает тот факт, что виды могут формироваться гораздо менее линейными способами, которые обычно воображаются.
«Когда большинство людей думают о разнообразии жизни и потока генетической информации, они изображают дерево с большими ветвями, порождающими более мелкие, но без какой-либо связи между конечностями», - говорит руководитель исследования Томас Бутби, доктор наук, научный сотрудник Фонда наук о жизни в Университет Северной Каролины, Чапел-Хилл. «Мы начинаем понимать, что вместо древа жизни было бы более уместно думать о сети жизни».
Бутби обратился к геному tardigrade в надежде раскрыть самые основные принципы экстремальных стратегий выживания существ. Чтобы каталогизировать каждый ген, он и его коллеги сначала извлекли и упорядочили множество коротких фрагментов ДНК из тысяч tardigrades. Используя компьютерную программу, они соединили эти последовательности вместе, чтобы создать код целиком.
«Когда мы это сделали, мы изначально увидели, что существует множество генов, которые выглядят так, будто они не из животных», - говорит Бутби. «Наша внутренняя реакция заключалась в том, что мы что-то испортили и, должно быть, загрязнили наш образец».
Чтобы перепроверить, команда обратилась к полимеразной цепной реакции, методу, который усиливает целевые области генетического материала, только если они соответствуют определенным праймерам. В этом случае они хотели посмотреть, смогут ли они усилить гены животных и бактерий как единые единицы, что было бы возможно только в том случае, если бы они были физически связаны в одном геноме. «Мы сделали это для более чем 100 генов с 98-процентным успехом», - говорит Бутби.
Убедившись, что их чтение генома было правильным, команда затем реконструировала эволюционное происхождение определенных последовательностей генов. Это подтвердило, что то, что выглядело как чужеродные гены, на самом деле было именно этим, а не «похожими», разработанными самими tardigrades.
«Результаты показали нам довольно однозначно, что гены, которые выглядят чужеродными, на самом деле происходят от не животных», - говорит Бутби.
В целом, гены tardigrade состоят из 17, 5% инородного материала. Большинство из этих странных генов имеют бактериальное происхождение - тысячи видов представлены в генетической структуре tardigrade. Известно или предположительно, что многие из генов играют роль в стрессоустойчивости для их первоначальных владельцев.
«Я думаю, что результаты чрезвычайно удивительны», - говорит Эндрю Роджер, биолог из Университета Далхаузи в Канаде. То, что животное могло приобрести такую большую долю своих генов из зарубежных источников, «удивительно и беспрецедентно».
В некоторых случаях чужеродные гены фактически заменили tardigrade, тогда как в других tardigrades сохранили свои собственные версии, но включали одну или несколько копий одного или нескольких видов бактерий. «Мы предполагаем, что это не было разовым событием, но, вероятно, оно продолжалось и может продолжаться сегодня», - говорит Бутби.
Тардиграды получают до 17, 5% своих генов от неродственных организмов. (СТИВ ГШМЕЙССНЕР / Научная фотобиблиотека / Корбис) В течение многих лет исследователи знали, что бактерии и другие микробы могут участвовать в горизонтальном переносе генов - обмене генетическим материалом между неродственными видами. Но только недавно ученые начали понимать, что этот метод генетического развития может также встречаться у животных.
По сравнению с tardigrades, геномы других животных, включая человека, содержат очень мало инородного материала. До сих пор коловратки - еще одно микроскопическое водное животное - держали рекорд на уровне от 8 до 9 процентов. Для тардиградов и коловраток большая доза чужеродных генов, вероятно, играет важную роль в наделении их превосходными навыками выживания.
«Если они смогут получать ДНК от организмов, уже живущих в стрессовой среде, они могут использовать некоторые из тех же уловок», - говорит Бутби. Но как именно tardigrades удалось собрать воедино столько чужеродного генетического материала, остается неизвестным.
Бутби и его коллеги подозревают, что способность животных высыхать и реанимировать может сыграть свою роль. Когда сушат tardigrades, их геномы фрагментируют. После того, как животворящая жидкость восстанавливает их, мембраны, окружающие их клетки, некоторое время остаются протекающими, и, поскольку клетки быстро работают над восстановлением своих собственных геномов, они могут случайно воздействовать на некоторую ДНК из окружающей среды.
«Этот документ подтверждает важность изучения всего генома, примененного здесь к необычной, но очень интересной и часто игнорируемой модели животных», - говорит Роберто Бертолани, эволюционный зоолог из Университета Модены и Реджо-Эмилии в Италии.
«Один интересный момент, на который указывают авторы, - это возможная связь между высыханием, утечкой мембраны и разрывом ДНК, которая может предрасполагать этих животных к включению и интеграции многих чужеродных генов».
Пока это всего лишь гипотеза, поэтому Бутби планирует исследовать этот и другие нерешенные вопросы. Его работа с этим экстремальным существом может даже дать людям лучший шанс на выживание: изучение генов tardigrade может однажды помочь в разработке фармацевтических препаратов и вакцин, которые больше не нужно хранить на льду, и вместо этого их можно высушить и реанимировать на месте в сельская поликлиника или кризисная зона.
