Badanie nt Lepraria porosty odkryły, że posiadają geny umożliwiające rozmnażanie płciowe, mimo że uważa się je za całkowicie bezpłciowe. Podważa to długo utrzymywane przekonania i rodzi pytania dotyczące ich strategii reprodukcyjnych, oferując nowy wgląd w biologię i ewolucję porostów.
Plamy porostów, które prawdopodobnie widziałeś na pniach drzew i ławkach w parku, mogą być łatwe do przeoczenia, ale w rzeczywistości są to jedne z najdziwniejszych żywych stworzeń na świecie. Porosty, często mylone z mchami, to miniaturowe ekosystemy składające się z grzyba i glonów lub bakterii, które mogą wytwarzać energię ze światła słonecznego, żyjąc razem w jednym ciele.
Wydaje się, że nie przestrzegają tych samych zasad biologicznych, co wiele innych organizmów, a naukowcy wciąż odkrywają na ich temat nowe rzeczy.
Przykład: nowe badanie opublikowane w czasopiśmie BMC Genomikabadacze byli zszokowani, gdy odkryli, że rodzaj porostu tzw Leprariaod dawna uważany za bezpłciowy, nadal ma geny regulujące rozmnażanie płciowe. Te porosty, wbrew temu, co naukowcy sądzili od dziesięcioleci, mogą prowadzić sekretne życie seksualne, którego nikt nie był w stanie zaobserwować.
„Lepraria wygląda zasadniczo jak zielonkawy, szarawy, brązowawy pył. Prawdopodobnie kojarzy się to z porostem rosnącym na ławce lub skale – trochę omszałym, ale nie mchem” – mówi Meredith Doellman, badaczka ze stopniem doktora w Centrum Bioinformatyki Grainger w Field Museum i główna autorka artykułu. „Naukowcy spędzili ponad 200 lat na badaniu tych rzeczy i przysięgają, że żaden z porostów tworzących ten rodzaj Lepraria w ogóle nie wytworzyły żadnych struktur umożliwiających rozmnażanie płciowe. Założyli więc, że te porosty są bezpłciowe.
Rola grzybów w rozmnażaniu porostów
Grzyb stanowi większość ciała porostu, a porosty rozmnażają się dzięki swoim częściom grzybowym. Grzyby mogą rozmnażać się bezpłciowo poprzez fragmentację lub pączkowanie ciała rodzicielskiego, ale są również zdolne do rozmnażania płciowego. Seks z grzybami jest… skomplikowany.
Krótka wersja jest taka, że kiedy podziemna, nitkowata sieć dwóch zgodnych przyszłych rodziców grzybów łączy się i dzieli między sobą materiałem genetycznym, łączą się one, tworząc naziemną strukturę zwaną owocnikiem. (Prawdopodobnie najbardziej znanymi owocnikami grzybów są grzyby.) Zadaniem owocnika jest rozsiewanie zarodników, które są jak grzybowy odpowiednik nasion. Zarodniki te są rozpraszane przez wiatr, wodę i zwierzęta, ostatecznie lądując gdzieś, gdzie mogą rozwinąć się w sieci grzybów i rozpocząć proces od nowa.
Rozmnażanie płciowe u porostów przebiega według podobnego schematu. „Typowo rozmnażający się płciowo porost łączy się z innym osobnikiem i wytwarza owocniki zwane askomatami. Askomaty uwalniają zarodniki w powietrze, po których osiadają, aby wyrosnąć na nowe porosty” – mówi Doellman.
W ciągu dwóch stuleci badań Lepraria porostów naukowcy nigdy nie znaleźli ascomata. I chociaż na świecie jest mnóstwo bezpłciowych porostów, Lepraria od dawna uważany jest za wyjątkowy jako cały rodzaj porostów nie rozmnażających się płciowo – w większości przypadków występuje porost bezpłciowy gatunek i rozmnażający się płciowo gatunek siostrzany. Leprariajako rodzaj składający się wyłącznie z gatunków bezpłciowych, wydawał się wyjątkowy.
To założenie przyświecało Doellman i jej współpracownikom z projektu badawczego Field Museum. „Myśleliśmy, że mamy sytuację, w której możemy przeprowadzić interesującą genomikę porównawczą i to pokazać Leprariaw przeciwieństwie do swojego najbliższego kuzyna, Stereokaulonstracił zdolność do typowego seksu grzybiczego” – mówi Doellman. Zrobili to naukowcy z Laboratorium Pritzkera w Field Museum DNA próbki z Lepraria I Stereokaulon zbierane na całym świecie, od Ogrodu Botanicznego w Chicago po Antarktydę.
Spostrzeżenia genomiczne
„Zebraliśmy ich genomy, opatrzyliśmy opisami geny i szukaliśmy genów, o których wiadomo, że zazwyczaj biorą udział w komórkowym procesie mejozy, który zachodzi wyłącznie podczas rozmnażania płciowego. Szukaliśmy genów biorących udział w tworzeniu owocników” – mówi Doellman. „Spodziewaliśmy się, że zobaczymy to w Leprariageny te uległyby degeneracji, przestałyby działać lub całkowicie by ich nie było. Zamiast tego znaleźliśmy cały komplet i wszystkie wydawały się nienaruszone, funkcjonalne i prawie dokładnie takie same jak ich siostry Stereokaulon.”
Dowody na rozmnażanie płciowe w Lepraria obala wieloletnie obserwacje naukowe. „Byłem bardzo, bardzo zaskoczony” – mówi Felix Grewe, dyrektor Centrum Bioinformatyki Grainger w Field Museum i główny autor artykułu. „Żaden lichenolog na świecie nigdy nie założyłby, że te porosty uprawiają seks, a mimo to mają ku temu geny”.
Chociaż naukowcy to odkryli Lepraria mają geny związane z rozmnażaniem płciowym, nadal nie znalazły owocników. „Jeśli takie występują, są bardzo rzadkie. Znaleźli dobry sposób, aby się przed nami ukryć” – mówi Grewe.
Innym potencjalnym wyjaśnieniem jest to Lepraria rzeczywiście rozmnażają się wyłącznie bezpłciowo, ale zachowały geny odpowiedzialne za płeć, ponieważ są one przydatne do czegoś innego. „Możliwe, że dokonują czegoś na wzór rozmnażania płciowego, ale tak nie jest. Jakiś rodzaj rozmnażania paraseksualnego, podczas którego nadal łączą informację genetyczną, ale w inny sposób” – mówi Doellman. „W przyszłych badaniach moglibyśmy sprawdzić, czy zachodzą różne rodzaje krycia, a także moglibyśmy przyjrzeć się genetyce Lepraria na poziomie populacji, aby sprawdzić, czy jest to zgodne z rozmnażaniem bezpłciowym.
Tajemnica Leprariażycie seksualne może pomóc rzucić szerszy obraz tożsamości porostów jako partnerstwa pomiędzy grzybem a glonami lub bakteriami, które mogą działać fotosynteza. Aby zarodnik grzyba wyrósł na nowego grzyba, musi wylądować w gościnnym środowisku.
Aby zarodnik porostu wyrósł na nowy porost, musi wylądować w gościnnym środowisku i złapać fotosyntetyczne glony lub bakterie, których potrzebuje do pożywienia. (W przypadku większości, jeśli nie wszystkich, porostów partner grzybiczy ewoluował w taki sposób, że nie może już samodzielnie przetrwać bez partnera fotosyntetycznego, który go odżywia). Rozmnażanie płciowe stanowi zatem ryzyko dla porostów. Może to przynieść duże korzyści pod względem różnorodności genetycznej i potencjału ewolucyjnego, dlatego robi to prawie każdy znany porost. Ale jeśli zarodniki porostów nie wylądują w środowisku, w którym mogą łatwo złapać fotosyntetycznego kumpla, mają kłopoty.
„Widzę korzyść dla porostu z rozmnażania bezpłciowego poprzez oddzielenie się od rodzica. Być może nie będziesz w stanie rozprzestrzenić się tak daleko, ale możesz zabrać ze sobą swojego partnera fotosyntetycznego” – mówi Grewe. „Ale rozmnażanie płciowe ma inne zalety. Wiele prac pokazuje, że procesy komórkowe związane z płcią przyczyniają się do długoterminowej stabilności genomu, na przykład naprawy uszkodzeń w kodzie genetycznym.
Chociaż nadal nie jest jasne, jak Lepraria wykorzystuje swoje nieoczekiwanie seksowne geny, badanie to stanowi „kolejny element układanki pozwalający zrozumieć, jak działają porosty” – mówi Grewe. Te skromne, przypominające pył organizmy mogą pomóc naukowcom w lepszym zrozumieniu genów, płci i samej ewolucji.
Odniesienie: „Rethinking aseksualność: enigmatyczny przypadek funkcjonalnych genów seksualnych w Lepraria (Stereocaulaceae)” Meredith M. Doellman, Yukun Sun, Alejandrina Barcenas-Peña, H. Thorsten Lumbsch i Felix Grewe, 26 października 2024 r., BMC Genomika.
DOI: 10.1186/s12864-024-10898-8
