Секс появился благодаря вирусам, заявляют ученые

Гены, управляющие слиянием половых клеток, могли попасть в клетки наших далеких предков благодаря вирусам, использующим их аналоги для проникновения в организм, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Cell.

«Природа создала небольшое число способов, при помощи которых одна клетка может слиться с другой. Древнейший белок такого типа, который используют многие организмы на Земле для размножения, идентичен по своей структуре той молекуле, который вирусы лихорадок деньге и Зика используют для проникновения в наши клетки. Похоже, что это вещество реально хорошо «проперчило» первичный океан Земли в далеком прошлом», — рассказывает Уильям Снелл (William Snell) из университета Мэриленда в Колледж-Парке (США).

Главной особенностью всех многоклеточных организмов и их одноклеточных родичей является то, что они умеют размножаться половым путем, объединяя клетки и обмениваясь генетическим материалом, или имели эту способность в прошлом. В случае с многоклеточными организмами сливаются специальные половые клетки, а одноклеточные организмы просто сливаются и образуют новые линии клеток, делясь на две или более частей.

Как рассказывает Снелл, ученые давно спорят о том, зачем появилось половое размножение. По мнению большинства современных эволюционистов, причина появления секса была крайне простой – он позволил животным быстрее приспосабливаться к появлению новых паразитов и инфекций, чей жизненный цикл намного короче, чем у многоклеточных существ. С другой стороны, вопрос того как именно наши предки приобрели это умение, оставался полностью неизученным.

Снелл и его коллеги неожиданно нашли ответ на эту загадку, изучая структуру белка, который сперматозоиды и яйцеклетки используют для слияния друг с другом. Их интересовала работа одной из версий этого соединения, известная биологам под именем HAP2. Она присутствует в клетках одноклеточных животных, некоторых водорослей и насекомых, что указывает на наличие этого гена у общего предка всех эукариот (организмов с обособленным ядром).

Этот ген, как показали наблюдения за малярийными плазмодиями, некоторые одноклеточные существа используют для проникновения в клетки человека, что натолкнуло ученых на мысль, что слияние клеток во время секса не было его изначальной функцией.

Руководствуясь этой мыслью, ученые сравнили структуру HAP2 с устройством других белков, которые вирусы и некоторые другие патогены используют для заражения клеток. Оказалось, что HAP2 был полностью идентичен по структуре белкам-фузогенам, которые вирусы используют для проникновения внутрь клеток, за исключением единичной «опечатки» в ключевой части белка.

Когда ученые исправили ее, клетки водорослей Chlamydomonas reinhardtii, на которых они экспериментировали, потеряли способность размножаться половым путем – они по-прежнему сцепливались друг с другом, но не могли завершить процесс слияния. Соответственно, можно говорить о том, что способность размножаться половым путем была случайно «подарена» вирусами нашим предкам во время очередного витка «гонки вооружений» между ними.

Помимо раскрытия эволюционных корней секса, это открытие, как объясняет Снелл, интересно и с практической точки зрения. Белок HAP2 используется множеством возбудителей болезней, таких как малярия, токсоплазмоз или сонная болезнь, и его блокировка может сделать клетки человека неуязвимыми для проникновения этих паразитов внутрь них. Кроме того, блокировка этого же белка в яйцах насекомых сделает их бесплодными, что можно использовать для защиты полей от вредителей.