W surowym świecie walki o przetrwanie, owady wykorzystują niezwykłe strategie, by zyskać przewagę nad swoimi naturalnymi wrogami. Owocówki, małe owady znane z naszej kuchni, dokonały biologicznego „przewrotu stulecia”: przywłaszczyły sobie geny od bakterii, by bronić się przed pasożytniczymi osami, które inaczej zamieniłyby je w żywe inkubatory dla swojego potomstwa.
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley odkryli, że kilka gatunków owocówek zdołało przejąć system obrony genetycznej od bakterii miliony lat temu. Transfer genów pomiędzy tak różnymi organizmami jest niezwykle rzadki i rzuca nowe światło na ewolucję układów odpornościowych. Jak podkreśla Noah Whiteman, dyrektor Muzeum Entomologii Essiga i główny autor badań, „to modelowy przykład ewoluowania układów odpornościowych, w tym również naszego własnego, który także zawiera geny przenoszone poziomo.”
Badanie koncentruje się na jednym z bardziej przerażających aspektów życia owadów. Pasożytnicze osy składają swoje jaja w larwach owocówek, przekształcając je w nieświadome gospodarze dla rozwijających się młodych os. Jeśli larwy nie są w stanie się obronić, nawet połowa z nich staje się żywymi inkubatorami – proces tak makabryczny, że zainspirował powstanie potwora w kultowym filmie „Obcy” z 1979 roku.
Niektóre owocówki jednak ewoluowały w stronę wyrafinowanych mechanizmów obronnych. Zespół badawczy z Berkeley odkrył, że kilka gatunków tych owadów przejęło geny bakteryjne produkujące toksyny, które są śmiertelne dla jaj os. Co więcej, gdy naukowcy wprowadzili te przejęte geny do powszechnie wykorzystywanych w laboratoriach owocówek, które normalnie nie posiadają takiej obrony, okazało się, że również stały się odporne na ataki os.
Działanie tego genu polega na produkcji toksycznego enzymu, który jest uwalniany, gdy ciało owada wykryje obecność jaj os. Enzym ten skutecznie niszczy jaja, zanim zaczną się rozwijać. Co ciekawe, owocówki zdołały ewoluować w kierunku precyzyjnego kontrolowania tej broni – niewłaściwe jej użycie mogłoby być równie szkodliwe dla nich samych.
„Jak tak małe stworzenie, jakim jest owocówka, ma radzić sobie z patogenami i pasożytami, które stale ewoluują?” – zastanawia się Whiteman. „Jednym ze sposobów jest pożyczenie genów od bakterii czy wirusów, które szybko się przystosowują. To naprawdę genialna strategia.”
Ten niezwykły przypadek transferu genetycznego miał miejsce około 21 milionów lat temu, gdy przodek współczesnych owocówek w jakiś sposób włączył do swojego DNA geny bakteryjne. Te geny pierwotnie pochodziły od wirusów, które infekują bakterie, co oznacza, że mieliśmy do czynienia z trzystronną wymianą genów, która ostatecznie przyniosła korzyści owadom.
Rebecca Tarnopol, główna autorka badania, zauważa, że choć naukowcy od dawna wiedzą o częstym przekazywaniu genów między bakteriami – procesie, który napędza na przykład oporność na antybiotyki – przypadki takiego transferu w bardziej złożonych organizmach są znacznie rzadsze. „To dowód na to, że transfer poziomy genów to niedoceniany sposób, w jaki ewolucja może przyspieszać również u zwierząt,” zauważa Tarnopol.
Odkrycie to może mieć dalekosiężne konsekwencje wykraczające poza świat owadów. Zrozumienie, w jaki sposób zwierzęta potrafią skutecznie włączać obce geny do swoich układów odpornościowych, może pomóc naukowcom w opracowywaniu nowych terapii dla ludzi lub w walce z infekcjami pasożytniczymi.
Na razie badacze z Berkeley kontynuują analizę skomplikowanej interakcji pomiędzy genami owocówek, os i bakterii. Każde nowe odkrycie pozwala lepiej zrozumieć, jak natura potrafi wykorzystywać najbardziej niezwykłe narzędzia ewolucji – zdolność przejmowania sukcesów innych gatunków, choćby były one z zupełnie innych światów.
Praca badawcza została sfinansowana przez Narodowy Instytut Ogólnych Nauk Medycznych i opublikowana w zeszłym tygodniu w czasopiśmie „Current Biology”.
