Bakteria Wolbachia potrafi zmieniać sposób rozmnażania zwierzęcia, aby zwiększyć własne szanse dziedziczenia
Wolbachia żyje wewnątrz komórek ogromnej liczby stawonogów i jest przekazywana głównie przez jaja. Samce są dla takiego symbionta ewolucyjnym „ślepym zaułkiem”, bo zwykle nie przekazują cytoplazmy potomstwu. W różnych gospodarzach Wolbachia wykształciła więc niezwykłe strategie zwiększające udział zakażonych samic: może wywoływać partenogenezę, feminizację genetycznych samców, zabijanie męskich zarodków albo niezgodność cytoplazmatyczną, w której potomstwo zakażonego samca z niezakażoną samicą ginie. Bakteria może więc zmienić strukturę płci i sukces rozrodczy całej populacji gospodarza.
Bakteria dziedziczona po matce ma interes w płci gospodarza
Wolbachia jest wewnątrzkomórkowym endosymbiontem spotykanym u wielu stawonogów. Zwykle przechodzi z matki do potomstwa wraz z cytoplazmą komórki jajowej. Plemnik wnosi głównie materiał genetyczny i nie przekazuje efektywnie bakterii. Z punktu widzenia doboru naturalnego linia Wolbachia zyskuje więc wtedy, gdy gospodarz produkuje więcej zakażonych samic albo gdy zakażone samice mają przewagę rozrodczą nad niezakażonymi. Ta prosta asymetria stworzyła niezwykle różnorodne konflikty ewolucyjne.
Niezgodność cytoplazmatyczna
Najczęściej badanym mechanizmem jest cytoplasmic incompatibility. Wolbachia obecna w samcu modyfikuje funkcję plemników w taki sposób, że po zapłodnieniu niezakażonej samicy rozwój zarodka jest zaburzony. Jeśli samica ma zgodny szczep Wolbachia, efekt może zostać „uratowany” i potomstwo przeżywa. W rezultacie zakażone samice mają względną przewagę, ponieważ mogą rozmnażać się z większą pulą samców bez utraty potomstwa. Mechanizm molekularny wiąże się z parami białek kodowanych przez bakterie, choć szczegóły różnych systemów pozostają przedmiotem badań.
Feminizacja, partenogeneza i zabijanie samców
Wolbachia nie stosuje jednej sztuczki u wszystkich gospodarzy. U części skorupiaków może feminizować genetycznych samców. U niektórych błonkówek indukuje partenogenezę, dzięki czemu samice produkują córki bez zapłodnienia. W innych owadach zakażenie prowadzi do selektywnego obumierania męskich zarodków. Wszystkie te efekty mają wspólną logikę: zwiększają udział linii gospodarzy, przez które bakteria może być przekazywana kolejnym pokoleniom.
Nie zawsze pasożyt
Opis „manipulator rozrodu” nie wyczerpuje biologii Wolbachia. W niektórych gospodarzach bakteria może dostarczać korzyści lub stać się niezbędnym mutualistą. U części nicieni filarialnych jest konieczna do prawidłowego rozwoju i płodności. W owadach niektóre szczepy mogą zwiększać odporność na wirusy. Relacja zależy więc od gospodarza, szczepu i środowiska; ewolucyjny konflikt może z czasem przechodzić w bardziej mutualistyczne uzależnienie.
Od ewolucyjnego pasożyta do narzędzia zdrowia publicznego
Zjawisko wykorzystuje się w programach ograniczania chorób przenoszonych przez komary. Wybrane szczepy Wolbachia w Aedes aegypti zmniejszają zdolność komarów do przekazywania niektórych wirusów, a niezgodność cytoplazmatyczna pomaga bakterii rozprzestrzeniać się w populacji. W innych strategiach uwalnia się zakażone samce, aby obniżać płodność populacji. To niezwykły przypadek, gdy mechanizm wyewoluowany jako konflikt między bakterią i gospodarzem stał się narzędziem inżynierii ekologicznej.
Kto kontroluje czyj organizm
Wolbachia pokazuje, że fenotyp zwierzęcia nie musi wynikać wyłącznie z jego własnego genomu. Płeć funkcjonalna, sukces kojarzeń i przeżywalność potomstwa mogą zależeć od genów bakterii mieszkającej w cytoplazmie. Najnowsze badania niektórych układów pokazują nawet bardzo daleko idącą ewolucyjną zależność gospodarza od symbionta. To jedna z najbardziej spektakularnych ilustracji konfliktu genomów: w jednej komórce współistnieją informacje genetyczne o częściowo odmiennych interesach reprodukcyjnych.
Ewolucyjny interes nie oznacza intencji
Mówiąc, że Wolbachia „manipuluje” gospodarzem, biologowie opisują efekt doboru naturalnego, nie świadome działanie bakterii. Warianty zwiększające liczbę zakażonych córek rozprzestrzeniają się skuteczniej, więc z czasem mogą dominować. To szczególnie czytelny przykład, jak pozornie celowe zjawisko może powstać bez planowania — przez różnice w sukcesie dziedziczenia.