Identyfikacja ewolucyjnych czynników wpływających na ciążę u samców
Jakie czynniki decydują o tym, czy to samiec czy samica urodzi dziecko? To dotyczące ewolucji pytanie nadal jest kontrowersyjne i pozostaje bez odpowiedzi. Żyworodność — utrzymywanie zarodka wewnątrz rodzica aż do narodzin — jest szeroko rozpowszechnioną, ale najbardziej kosztowną formą reprodukcji. Wydaje się być bardziej rozpowszechniona u samic, chociaż u niektórych gatunków zwierząt, takich jak koniki morskie, to samiec nosi dziecko. Ale dlaczego tak się dzieje? Odpowiedzi na to pytanie poszukiwał w ramach finansowanego ze środków UE projektu MALEPREG zespół naukowców kierowany przez Olivię Roth, biolożkę ewolucji morskiej z Uniwersytetu w Kilonii. Roth przeanalizowała ewolucję systemu rozmnażania, aby zidentyfikować korzyści z dostosowania, które doprowadziły do ewolucji żyworodności. Projekt koncentrował się na igliczniowatych (igliczniach i pławikonikach), z których większość ma odwrócone role płciowe i ma gradient widoczny u różnych gatunków między pełną żyworodnością (wewnętrzną) a noszeniem zarodków po stronie brzusznej. „Pomimo tego, że ciąża ewoluowała ponad 150 razy w królestwie zwierząt, u igliczniowatych występuje unikalna ewolucja ciąży u samców” — mówi Roth. „Badania nad ciążą rzadko koncentrują się na tej niesamowitej zbieżności, ale zamiast tego skupiają się głównie na ewolucji ciąży pojedynczej u ssaków”.
Wyjście poza model ssaków
Aby uzyskać głębszy wgląd w ewolucję ciąży, projekt MALEPREG, wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, wyszedł poza model ewolucji ciąży u ssaków. „Porównując ewolucję ciąży u samców z ciążą u ssaków, mogliśmy wskazać zaskakujące podobieństwa w adaptacji i zidentyfikować wspólne mechanizmy molekularne” — dodaje Roth. „Są one prawdopodobnie wspólne z wieloma innymi formami ewolucji ciąży, a zatem najprawdopodobniej odzwierciedlają ogólne wzorce adaptacyjne, które są konieczne, aby ciąża mogła wyewoluować”. Naukowcy zbadali również różne formy ciąży u samców: od tych, w których zarodki noszone są z boku ciała, przez te z torbami lęgowymi po te ze zbliżonymi do łożyska strukturami, które odżywiają zarodki podczas ciąży. Zespół wykorzystał szerokie spektrum metod, w tym genomikę porównawczą, aby precyzyjnie wskazać utratę i wzmocnienie genów w ewolucji ciąży oraz rolę mikrobiomu w ewolucji ciąży u samców, a także sposób, w jaki mikroby kształtują rozwijające się potomstwo.
Badanie powiązań między żyworodnością a układem odpornościowym
W ramach projektu MALEPREG zbadano również współewolucję układów odpornościowych, specyficznych drobnoustrojów i ciąży, które uważa się za ściśle ze sobą powiązane. „Adaptacje immunologiczne wydają się opierać na rdzeniu ewolucji ciąży; dlatego zastosowaliśmy eksperymentalne podejście z przeszczepami płetw, aby zrozumieć rozróżnianie siebie od nie-siebie” — wyjaśnia Roth.
Odkrywanie podobnych ścieżek ewolucyjnych
Chociaż ciąża u samców igliczniowatych i ciąża u samic ssaków są dostosowaniami odrębnymi i całkowicie niezależnymi od siebie, wyniki sugerują, że oba rodzaje adaptacji opierają się na bardzo podobnych szlakach. „Regulacja specyficznych genów odpornościowych, które u ssaków są niezbędne dla powodzenia ciąży, obejmuje dokładnie te geny, które zostały utracone w genomie igliczniowatych” — zauważa Roth. „Utrata tych genów mogła zapewnić ewolucyjną szansę na ewolucję ciąży u samców”. Niektóre z tych utraconych genów odgrywają istotna rolę w szlaku o fundamentalnym znaczeniu dla rozróżniania siebie od nie-siebie, co jest istotne dla tolerancji immunologicznej zarodka przez cały okres ciąży ssaczej. „Zaobserwowaliśmy zróżnicowaną regulację wielu genów, które są znane z ciąży u ssaków, w ciąży u samców” — podczas Roth. „Dzięki temu udało nam się lepiej zrozumieć fakt, że różne przypadki ewolucji niezależnie od siebie wykorzystują podobne narzędzia w celu osiągnięcia konkretnej cechy”.
Słowa kluczowe
MALEPREG, konik morski, żyworodność, ciąża u samców, ssaki, geny, układ odpornościowy, ścieżki ewolucyjne
