Японские исследователи обнаружили у колониальных водорослей Pleodorina starrii три разных пола — мужской, женский и двуполый. Третий пол способен давать потомство после спаривания как с мужскими и женскими клетками, так и с двуполыми. На данный момент это единственный случай обнаружения у водорослей подобного гермафродитизма.
Pleodorina starrii — колониальные одноклеточные водоросли из семейства вольвоксовых (Volvocaceae). Клетки вольвоксовых объединяются в сферические колонии от нескольких сотен до нескольких тысяч клеток. Вольвоксовые не относятся к многоклеточными организмами, но внутри колоний существует характерная для многоклеточных дифференциация клеток — разделение на соматические и половые клетки. На примере Pleodorina starrii и других вольвоксовых школьникам и студентам объясняют, как могла образоваться первая многоклеточная жизнь.
Колонии водорослей размножаются вегетативным и половым способами. Вегетативный способ предусматривает создание собственных копий с тем же полом и набором генов. При половом размножении подвижные мужские клетки оплодотворяют женские крупные малоподвижные клетки, в результате чего появляются новые колонии с комбинированным генетическим материалом. При изучении образцов водорослей, собранных из озёр, японские исследователи обнаружили у Pleodorina starrii ещё и двуполые клетки. Они размножаются с мужскими, женскими и с такими же двуполыми водорослями, производя одинаково здоровое потомство.
В лабораториях Pleodorina starrii обычно размножается вегетативным способом. Пользуясь этим фактором, учёные создали несколько изолированных колоний, чтобы получить популяции с одинаковым набором генов. После они провели эксперименты по «спариванию» колоний и проанализировали гены различных поколений водорослей. Изначально авторы планировали изучить динамику распределения полов в популяциях, в итоге открыли третий пол водорослей.
Идентифицированные в предыдущих исследованиях половые клетки назвали OTOKOGI (мужские) и HIBOTAN (женские). Генетический анализ показал, что у гермафродитных клеток Pleodorina starrii присутствует «ген двуполости» и мужской ген OTOKOGI. Сами мужские клетки обладают только генами OTOKOGI, а женские — только генами HIBOTAN или, как выяснилось, HIBOTAN и «генами двуполости».
Авторы предполагают, что двуполость водоросли может активироваться только при наличии генов OTOKOGI. Но для однозначных заявлений требуются дальнейшие исследования. В будущем учёные планируют выявить механизм появления у водорослей двуполости и изучить, как он влияет на распределение полов в колониях.
На примере Pleodorina starrii японские исследователи планируют определить генетические истоки разделения полов. В 2014 году вышло исследование, в ходе которого учёные обнаружили у Volvox carteri ген MID, регулирующий пол водоросли. Такой же регулирующий ген присутствует и у водоросли Chlamydomonas reinhardtii из совершенно другого семейства. Тогда авторы предположили, что это может говорить об общем генетическом происхождении этих семейств, и что тот же регуляторный механизм мог присутствовать у предков всех многоклеточных организмов.
Материалы исследования японских авторов опубликованы в статье «Three sex phenotypes in a haploid algal species give insights into the evolutionary transition to a self-compatible mating system» в журнале Evolution DOI: doi.org/10.1111/evo.14306.
