Удивительное новшество: в геноме палочников исследователи обнаружили инструкции по построению фермента, который обычно есть только у бактерий. Поэтому они предполагают, что насекомое должно было перенять эти гены от своих кишечных бактерий и интегрировать их в свой собственный геном. Такой горизонтальный перенос генов ранее считался крайне редким явлением в животном мире, но мог сыграть большую роль в эволюции, чем предполагалось ранее.
Многие травоядные - от коров до термитов - полагаются на помощь бактерий в переваривании жесткой растительной массы. Это связано с тем, что у микробов есть ферменты, которые могут расщеплять растительный материал, который трудно расщепить, например, пектиназы, расщепляющие стабильные сахара в клеточных стенках растений. «Чтобы иметь возможность приспособиться к таким симбионтам, у травоядных обычно развиты слепые кишки и аналогичные расширения в желудочно-кишечном тракте», - объясняет Свен Брэдлер из Геттингенского университета.
Бактериальный фермент в геноме ужаса
Не так обстоит дело с палочниками, насекомыми, известными своей изощренной маскировкой под ветки или листья. Их тела, которые часто чрезвычайно растянуты и тощие, не оставляют места для кишечных симбионтов. Тем не менее эти насекомые, по-видимому, способны без проблем переваривать внекорневую пищу даже без этих микробных помощников. Используя генетический анализ 38 видов палочников, Брэдлер и его коллеги выяснили, как им это удается.
Неожиданное открытие: палочники сами несут в своем геноме инструкции по сборке пектиназ, а значит, и ферментов, которые на самом деле встречаются только в бактериях.«Присутствие таких эндогенных пектиназ - новое открытие для палочников», - объясняют исследователи. По-видимому, вместо того, чтобы укрывать микробы, палочники просто переняли у них нужные им гены.
Горизонтальный перенос микробов?
Однако такое поглощение могло произойти только посредством горизонтального переноса генов - прямого переноса фрагментов генетического материала от одного организма к другому. Такой перенос генов не по наследству, а путем обмена известен до сих пор преимущественно среди бактерий. Передача от бактерии к насекомому, с другой стороны, крайне редка или просто не была обнаружена достаточно часто.
По подсчетам ученых, предки современных палочников должны были приобрести генетический план пектиназ примерно от 60 до 100 миллионов лет назад. «Это могло быть ключевым событием в эволюции палочников, потому что только став независимыми от особых бактерий, насекомые смогли развить свои необычные формы тела», - говорит Брэдлер.
Непредсказуемые пути эволюции
Исследователи подозревают, что горизонтальный перенос генов может быть гораздо более распространенным явлением в животном мире, чем считалось ранее. Следовательно, он мог сыграть ранее недооцененную роль в эволюции жизни.
«Горизонтальный перенос генов от комменсального микроба к его хозяину, как в данном случае, демонстрирует разнообразные, непредсказуемые и захватывающие пути, по которым может пойти эволюция», - заявляют ученые.