Используя в качестве моделей многоклеточную зелёную водоросль Volvox carteri и её одноклеточного родственника Chlamydomonas reinhardtii, учёные из института Солка (Salk Institute for Biological Studies) исследовали секреты появления различий между женскими и мужскими организмами.

Нынешняя работа предоставляет первое эмпирическое обоснование модели, предполагающей, что двуполые организмы появились благодаря процессу постепенного захвата генов. Последние брали на себя функции по производству мужских и женских клеток (гамет).

"Гаметы одноклеточных, таких как хламидомонады, выглядят одинаково. Многоклеточный вольвокс производит различимые мужские и женские клетки (простейший диморфизм). Но как произошёл этот переход, никто не знает", — поясняет Джеймс. Умен и его команда исследовали генетические коды V. carteri и C. reinhardtii и обнаружили так называемый локус спаривания (mating locus) – аналог X- и Y-хромосом, определяющих пол.

Слева: вегетативная женская колония V. carteri образует сфероид, состоящий из 2-4 тысяч индивидуальных клеток, объединённых одним внеклеточным матриксом. В период бесполого размножения клетки колонии производят новые повторяющимся делением. Справа: мужская колония. В период полового размножения мужские клетки V. carteri производят пакеты спермы, в каждом из которых 64 или 128 половых клеток. Эти группы, двигаясь как единое целое, достигают женского сфероида, где распадаются, чтобы оплодотворить женские клетки (фото Umen laboratory/Salk Institute for Biological Research).

Локус более сложного V. carteri был в пять раз длиннее такового у хламидомонад (при этом часть генов в локусах были одинаковыми). Откуда взялись дополнительные гены? Чуть позже выяснилось, что некоторые из них присутствуют и у C. reinhardtii, только не в локусе спаривания, а рядом с ним. Получается, что многоклеточный организм "нанял их на работу" в половом размножении.

"До сих пор считалось, что половые хромосомы – это области постоянного разрушения, потери генов, не используемых для полового размножения, — рассказывает в пресс-релизе Умен. – Мы же увидели регионы, в которых происходит быстрый набор и переподготовка нового генетического материала".

Микробиологи также взялись за изучение локуса спаривания "переходного звена" между хламидомонадами и вольвоксом – гониума (Gonium), в колонии этих водорослей обычно 4-16 клеток (фото Entwisle et al.).

Сейчас биологи изучают эти новоприобретённые гены локуса V. carteri, чтобы понять роли каждого из них в определении пола и половом развитии. Кое-какие данные уже получены – читайте о них в статье авторов работы в журнале Science. Любопытно, что и в современном мире не всё так просто с разделением полов: читайте об организмах, в которых одновременно "сидят" и мальчик, и девочка.