Природа одним геном выбирает пол: как ANTSR управляет жизнью насекомых

Международная группа биологов из Уппсальского университета (Швеция) раскрыла один из древнейших генетических механизмов природы: у пчёл, ос и муравьёв обнаружен один и тот же ген, отвечающий за определение пола. Этот ген, получивший название ANTSR, управляет процессом развития особи — превращает яйцо либо в самца, либо в самку. Исследование опубликовано в журнале PLoS Biology и уже названо одним из важнейших открытий в области эволюционной генетики насекомых.

Как работает "ген пола"

В отличие от большинства животных, у которых пол определяется набором половых хромосом (например, XY у человека), у пчёл, ос и муравьёв действует механизм, называемый гаплодиплоидия.

Самки развиваются из оплодотворённых яиц, получающих два набора хромосом — один от матери, другой от отца. Самцы появляются из неоплодотворённых яиц и имеют только один набор хромосом — материнский.

До сих пор было неясно, какой конкретный ген запускает этот процесс. Исследователи секвенировали (полностью расшифровали) геном красной осмии (Osmia bicornis) — вида одиночных пчёл, распространённого в Европе, — и изучили сотни гнёзд, чтобы найти необычных самцов с признаками двойного набора хромосом.

"Мы нашли у этих самцов две идентичные копии одного и того же гена, который работает как молекулярный переключатель пола", — рассказал руководитель исследования, генетик Йохан Страндберг из Уппсальского университета.

Оказалось, что этот же ген присутствует у некоторых видов муравьёв, где выполняет ту же функцию — определяет, будет ли особь мужской или женской.

Один ген — миллионы лет эволюции

Учёные полагают, что ген ANTSR выполняет эту ключевую функцию уже более 150 миллионов лет, то есть с самого момента появления общих предков современных пчёл, ос и муравьёв.

"Такое генетическое сходство между разными отрядами насекомых встречается крайне редко. Это говорит о том, что ANTSR — один из самых древних и устойчивых регуляторов пола в природе", — отметил соавтор статьи, молекулярный биолог Андерс Йенсен.

Этот ген активируется в самом начале эмбрионального развития. Если у зародыша присутствуют две разные копии ANTSR, он развивается как самка. Если же копия только одна, особь становится самцом.

Почему это открытие важно

Гаплодиплоидия — уникальная система, обеспечивающая тесные родственные связи внутри колонии. Например, у пчёл рабочие самки делят между собой до 75% общих генов, что делает их поведение в высшей степени кооперативным.

Понимание генетических основ этого явления помогает объяснить, почему социальные насекомые (такие как пчёлы и муравьи) способны к альтруизму, то есть к самопожертвованию ради колонии.

Кроме того, знание того, как именно активируется ген ANTSR, может иметь практическое значение — от сохранения популяций опылителей до контроля численности вредных видов муравьёв.

Генетический "переключатель" жизни

По сути, ANTSR выполняет функцию молекулярного детектора совпадений. Он активируется по-разному в зависимости от того, есть ли у насекомого одна или две разные копии этого гена. Именно это различие запускает серию биохимических реакций, определяющих направление развития эмбриона.

Учёные сравнивают этот процесс с системой включения света: если контакт один — лампа не загорается (самец), если два — цепь замыкается, и включается "женская программа" развития.

Перспективы дальнейших исследований

Теперь биологи планируют исследовать, как этот ген взаимодействует с другими элементами генома и как его активность регулируется внешними факторами — температурой, питанием или социальным статусом насекомого в колонии.

Также ведётся работа по поиску аналогичных механизмов у других насекомых, не обладающих гаплодиплоидией, чтобы понять, насколько универсален принцип действия ANTSR.

"Если этот ген окажется общим и для других групп насекомых, это может изменить наше представление о происхождении полов и эволюции репродуктивных стратегий", — добавил Страндберг.

Итог

Открытие гена ANTSR стало прорывом в изучении генетики пола. Оно показало, что один древний молекулярный механизм управляет развитием самцов и самок у целого ряда общественных насекомых. Этот ген не только регулирует биологию колоний, но и помогает объяснить, как эволюция выработала удивительно стабильную систему, обеспечивающую выживание пчёл и муравьёв на протяжении миллионов лет.