Звучи като лош сценарий на филм на ужасите: 10-крако същество - мутант, което се възпроизвежда асексуално, бяга от затвор в Германия и тихо започва глобална инвазия. В рамките на 2 десетилетия клонингите на ненаситното животно се разпространяват из Европа и Африка, причинявайки опустошение на екосистемите и заплашвайки местните видове.

Всъщност това е истинската история на мраморния рак, инвазивен сладководен вид, за който се предполага, че е създаден чрез репродуктивен инцидент в аквариум около 1995 г. Нов анализ на генома на ракообразните подкрепя този малко вероятен произход и може да помогне да се обясни как животното впоследствие се е разпространило и адаптирало към толкова много нови среди.

Необичайната еволюция на рака може също да предложи стратегия за справяне с още по-опасно клонингово чудовище - заболяването рак.

„В много отношения инвазивната експанзия на [мраморния рак] е аналогична на раковата линия, разпространяваща се асексуално за сметка на своя гостоприемник“, коментира Жан-Франсоа Флот (Jean-François Flot), еволюционен генетик от Свободния университет в Брюксел, който не е участвал в работата.

Мраморният рак е единственото десетоного ракообразно, което се възпроизвежда безполово, като изцяло женските видове правят клонинги от яйца, неоплодени от сперма. Смята се, че е възникнал, когато два рака, внесени от Флорида за търговия с аквариуми в Германия, са се чифтосвали.

От откриването си през 1995 г. в Германия, мраморният рак се е разпространил в огромни количества из Европа и Африка.

„Те ядат всичко – изгнили листа, охлюви или хайвер, дребни риби, малки насекоми“, разказва Франк Лико (Frank Lyko), молекулярeн генетик в Германския център за изследване на рака в Хайделберг.

„Този ​​рак е сериозен вредител“, добавя Герхард Шолц (Gerhard Scholtz), еволюционен биолог от Университета Хумболт в Берлин, който е проследил бързото му разпространение по целия свят, включително Мадагаскар, където успехът му застрашава съществуването на седемте местни вида раци.

Европейският съюз забрани вида - не трябва да се продава, съхранява, разпространява или пуска в дивата природа.

Преди пет години Лико започва да се интересува от мраморния рак, който сега се нарича Procambarus virginalis, защото смята, че неговата новоразвита асексуална природа може да е аналогична на това, как нормалната клетка се превръща в ракова и започва да генерира свои клонинги. По-специално, той иска да проучи геномите на мраморните раци, за да разкрие основните механизми, лежащи в основата на епигенетиката, свързването на молекули с ДНК, които могат да стимулират растежа на тумора и разпространението на рака.

Така Лико и колегите му секвенират геноми на около дузина мраморни раци от различни части на света и извършват още няколко по-малко подробни генетични анализи на две дузини от целия Мадагаскар. С дължина от 3,5 милиарда ДНК бази, геномът на ракообразните е по-голям от човешкия, но съдържа приблизително същия брой гени, 21 000, съобщават изследователите в статия, публикувана в Nature Ecology & Evolution.

Това е първият геном на декаподи, група от 10-краки ракообразни, която включва скариди, омари, лобстери, крабове и раци.

„Тази [работа] отваря пътя за сравнителната геномика и идентифицирането на [уникални характеристики] в тази група от екологично и икономически важни видове“, разказва Етиен Данчин (Etienne Danchin), еволюционен биолог от Националния институт за селскостопански изследвания в София-Антиполис, Франция, който не е участвал в изследването.

Проучването също така "предоставя улики за това как е възникнал този геном и може да помогне на природозащитниците да проследят по-добре разпространението на този инвазивен вид", обяснява Шолц.

Както се предполага от някои предварителни доказателства, мраморният рак има три комплекта от 92 хромозоми, а не обичайните две, и всеки набор е по същество версия на хромозомите, принадлежащи на мраморния рак P. fallax. Два от трите набора хромозоми са практически идентични, но третият е достатъчно различен, така че екипът на Лико заключава, че мраморният рак вероятно е възникнал от чифтосването на два рака от различни региони на света, хвърлени заедно в аквариум. Единият рак трябва да е имал анормална яйцеклетка или сперма, която е запазила две копия от своите хромозоми вместо обичайния единичен набор, който е в такива зародишни клетки, обяснява Лико. Обединяването на двата далечни рака засилва генетичната вариация в рамките на новия клонингов „вид“. Такъв съюз "никога няма да се случи в дивата природа", твърди той.

Шолц не е напълно убеден, че натрупването на генома се е случило в аквариум, между два рака, срещащи се в дивата природа.

„Това е просто предположение, че е станало в плен“, коментира генетикът. Но анализът на ДНК на мраморни раци от цяла Европа и Африка, разказва Шолц, "показва, че всички тези раци са клонинги - с идентични геноми по целия свят."

По-важно от произхода на ракообразните може да е, че този клонинг процъфтява в голямо разнообразие от сладководни местообитания, с различни температури, соленост и киселинност. Предполага се, че клонингите са в неизгодно положение, защото им липсва генетична вариация, за да се адаптират към нови ситуации.

„Този ​​документ предполага, че един животински вид може бързо да нахлуе в голяма географска област, въпреки че се възпроизвежда без секс и е клонинг“, отбелязва Данчин.

Трите набора хромозоми на мраморния рак може да са ключови, като съдържат достатъчно разнообразие за адаптиране към различни условия. Данчин изучава много успешен растителен паразит, кръглия червей нематод, който се възпроизвежда асексуално и също има три комплекта хромозоми.

На същото мнение е Сюзън Адамс (Susan Adams), воден еколог от Южната изследователска станция на US Forest Service в Оксфорд, Мисисипи. Работата върху други организми показва, че наличието на допълнителен набор от хромозоми може да увеличи броя на младите и може да помогне на клонингите да се приспособят към нови среди. „Очаква се по-голямата адаптивност да подобри успеха на инвазията“, отбелязва Адамс.

Още едно допълнително предимство е, че клонингът може да създаде нова популация, започвайки само с един индивид.

"Интересно е да се обмислят глобалните, екологичните последици от изключително рядко еволюционно събитие, възниквало в нечий аквариум", заключава Адамс.

Gutekunst, J., Andriantsoa, R., Falckenhayn, C. et al. Clonal genome evolution and rapid invasive spread of the marbled crayfish. Nat Ecol Evol 2, 567–573 (2018). https://doi.org/10.1038/s41559-018-0467-9 https://www.nature.com/articles/s41559-018-0467-9 

An aquarium accident may have given this crayfish the DNA to take over the world, science