Скрытая вирусная подсказка объясняет, как улитки вытаскивали свои яйца из воды

Фото из открытых источников

Пресноводные улитки, как правило, проводят всю свою жизнь в воде, и их яйца также остаются там. Эмбрионы развиваются среди затопленных растений и камней, защищенные от сухого мира наверху. Однако некоторые виды делают нечто необычное.

Они выходят из воды, чтобы отложить яйца в открытых скоплениях, прикрепленных к стеблям, стенам и другим поверхностям. Новое исследование связывает эту способность с генетическими изменениями, скрытыми в их ДНК. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.

Это яблочные улитки, также известные как ампулярии, обитающие в Северной и Южной Америке, Африке и Азии. Некоторые виды делают нечто необычное для водных животных. Они приклеивают свои яйца к растениям и камням над уровнем воды, где кладка высыхает на открытом воздухе.

Группа исследователей под руководством профессора Джека Чи-Хо Ипа, эволюционного биолога из Линнаньского университета в Гонконге, хотела выяснить, как стало возможным это побег.

Они сравнили ДНК нескольких видов яблочных улиток с их близкими родственниками, которые до сих пор откладывают яйца под водой. Результаты их исследований предшествовали появлению привычки откладывать яйца на суше.

Ген, который теперь защищает эти яйца в воздухе, по-видимому, случайно попал к одному из ранних предков сотни миллионов лет назад.

Семейство яблочных улиток давным-давно разделилось на две большие ветви. Одна распространилась по Азии и Африке, а другая — по Америке. Эти две группы разошлись, когда около 128 миллионов лет назад распался древний суперконтинент Гондвана.

Затем они эволюционировали на разных континентах более 100 миллионов лет, больше никогда не встречаясь. И все же обе ветви пришли к одному и тому же результату. Каждая из них независимо от других отказалась от откладывания яиц под водой и подняла кладку в воздух, придя к одному и тому же решению, несмотря на миллионы лет разлуки.

Разгадка кроется в жидкости, наполняющей каждое яйцо. Большая часть этой жидкости состоит из одного белка, называемого PV1, который составляет более 80 процентов белка в яйцах наземных видов птиц. 

Когда команда попыталась отследить происхождение PV1, след привёл их в неожиданное место. Он не привёл к другим улиткам. При обработке данных с помощью программного обеспечения, сравнивающего формы и последовательности белков, наиболее близкими аналогами PV1 оказались белки вирусов, в том числе и вируса, поражающего птиц.

На генеалогическом древе родственных генов вирус PV1 улиток располагался прямо среди вирусов, далеко от генов любых других животных. Полученные данные убедительно свидетельствуют о том, что ген перешёл от вируса к ранней яблочной улитке и просто остался там, с тех пор постоянно копируясь.

Исследователи изучали этот яичный белок на протяжении десятилетий, но так и не смогли установить его эволюционное происхождение. До настоящего времени никто не связывал его с древним вирусом. По оценкам исследовательской группы, первое заражение произошло у общего предка около 145 миллионов лет назад, в юрском периоде.

Заимствование гена — это только начало. Чтобы яйца могли выживать на открытом воздухе, этому белку пришлось выполнять новую работу: удерживать влагу и противостоять солнечному свету, который обжег бы обычное яйцо.

У наземных улиток белок PV1 незаметно перестроился. В его состав вошло гораздо больше водоотталкивающих компонентов, примерно вдвое больше, чем у их водоотталкивающих сородичей. Это помогает яйцам удерживать влагу и противостоять сильному солнечному свету. PV1 также входит в число самых прочных известных белков.

Этот же белок связывает оранжево-красные пигменты, благодаря которым яичные массы приобретают яркий, конфетный цвет. Это служит своего рода предупреждающим знаком. Этот цвет сообщает голодным птицам и насекомым, что кладка ядовита и не стоит того, чтобы её кусать.

Одна из этих улиток стала глобальной проблемой. Канальная яблочная улитка (Pomacea canaliculata) была вывезена из Южной Америки в качестве пищевого продукта. Оно превратилось в один из самых опасных инвазивных видов в мире, уничтожая рисовые поля и овощные грядки везде, где укореняется.

Контролировать численность этой популяции крайне сложно. Одна самка может отложить до 500 яиц за неделю. В дикой природе практически ничто не коснется кладки яиц, как показали отдельные исследования их химической защиты.

Если оставить улитку в покое, она вытеснит местные виды и разрушит водно-болотные угодья, необходимые птицам и амфибиям. Кроме того, в них содержится паразит, который может вызвать опасную инфекцию головного мозга у людей, употребляющих в пищу недостаточно термически обработанных улиток.

Знание происхождения вируса PV1 дает возможность бороться с ним. Поскольку этот белок поддерживает жизнеспособность яиц вне воды, его блокирование может остановить размножение без использования пестицидов, отравляющих водно-болотные угодья.

У улитки также есть резервная защита — токсин PV2, который, как показано в одной из научных работ, пробивает отверстия в клетках хищников. Долгое время настоящей загадкой было то, как водное животное научилось откладывать яйца в воздухе.

Частично ответ кроется в гене, который улитка никогда не создавала самостоятельно. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что этот ген был заимствован у вируса еще в эпоху динозавров. Две линии развития улиток, разделённые океанами и более чем 100 миллионами лет, использовали один и тот же заимствованный ген для выведения своих яиц на сушу.

Эта работа помогает объяснить один из ключевых эволюционных сдвигов в истории этой группы. Открытие предоставляет ученым новый способ борьбы с одним из самых разрушительных вредителей планеты. Это также позволяет получить более ясное представление о том, как заимствованные гены могут способствовать крупным эволюционным скачкам, предполагая, что вирус помог улитке выбраться из воды.