Уже давно установили, что обмен генетическим материалом при кроссинговере -- известном как рекомбинация -- жизненно важен для естественного отбора. Некоторые виды обладают более продвинутым кроссинговером, чем др. Почему? Исследователи полагают, что частота кроссинговера влияет на баланс преимуществ кроссинговера и риска эгоистичной (selfish) ДНК.

"Имеется пока нерешенная загадка, как определенные молекулярные, биологические и геномные феномены участвуют в реакциях на selfish генетические элементы," говорит Daven Presgraves. "Роль естественного отбора в экологическом контексте по существу решает эту проблему, но роль естественного отбора в ответ на selfish генетические элементы всё ещё в разработке."

Presgraves и Cara Brand изучали два вида плодовых мушек, они обнаружили ген, MEI-218, который контролирует частоту рекомбинации. Они объяснили, как MEI-218 контролирует различия в скорости кроссинговера между видами и задействованные эволюционные силы.

"Это первый ген, насколько мне известно, который ответственен за эволюцию частоты рекомбинации," говорит Presgraves. Коллектив сфокусировался на двух тесно связанных видах плодовых мушек -- Drosophila melanogaster и Drosophila mauritiana -- поскольку обнаружены существенные различия у них в скорости ре5комбинации: D. mauritiana имели примерно в 1.5 раза больше событий кроссинговера, чем D. melanogaster. Исследователи установили, что последовательност и ДНК MEI-218 были совершенно различны.

"Естественный отбор работает лучше всего, когда имеется разнообразие генотипов для воздействия на них," говорит Brand. "Перетасовывание комбинаций аллелей с помощью рекомбинации генерирует разнообразие, на которое и действует естественный отбор."

Мы имеем комбинацию аллелей, которые хороши для нашего сегодняшне6го окружения, но среда всегда меняется. Хорошие аллели, которые адаптивны и здоровы сегодня могут не быть таковыми в следующем поколении. Рекомбинация может перетасовать эти комбинации генов, так, что некоторые станут плохими и потомство с ними погибает, но некоторые станут хорошими и потомство выживает.

"Рекомбинация важна -- нет смысла убеждать, что это именно так -- но если мы посмотрим на разные виды, то увидим, что величина кроссинговера у них разная," говорит Brand. "Почему увеличивается или понижается частота кроссинговера?"

Не с4уществует единой идеальной частоты или распределения кроссоверов. Кроссоверы необходимы, чтобы давать жизнеспособное потомство, но кроссинговер также повышает риски. Последовательности Selfish ДНК , известной как транспозоны -- это повторяющиеся генетические элементы, которые, по-видимому, не создают преимуществ для своих хозяев -- распределены по всему геному. Транспозоны сродни вирусам, но вместо того, чтобы внедрять самих себя в клетки, они проникают в генетический материал. Когда происходит аномальный кроссинговер между транспозонами разных мест на хромосоме, то хромосомы, то важные гены могут удваиваться или делетироваться.

Brand and Presgraves полагают, что изменение в скорости рекомбинации у D. mauritiana и D. melanogaster могут возникать из-за того, что эти виды имеют разные количества транспозонов в своем геноме. Геном D. melanogaster имеет больше транспозонов, чем геном D. mauritiana, поэтому D. melanogaster может обнаруживать более низкую частоту кроссинговера, поэтому она избегает высокого риска вредных кроссоверов между транспозонами.

Это означает, что ген MEI-218 постоянно вовлечен в оптимизацию обменов. Эволюция MEI-218 одинакова для генов, участвующих в иммунитете, говорит Presgraves. "Это д. иметь некий интуитивный смысл, поскольку гены, участвующие в имму4нитете, постоянно адаптируются к изменяющемуся сообществу патогенов, которые воздействуют на нас постоянно."

Эволюционисты обозначают такого типа эволюционную динамику как "эволюционна гонка вооружений", поскольку благодаря позитивному естественному отбору гены находятся в постоянной гонке за оптимум изменяющейся приспособленности. Вы вовлекаетесь к неё снова и снова.

Ген MEI-218 наиболее исследован у плодовых мушек, но исследования по рекомбинации приложимы и к человеку. "Во время мейоза, по крайней мере, один кроссовер на хромосому в целом необходим, чтобы обеспечить соотв. расхождение хромосом," говорит Brand. "В случае отсутствия кроссинговера или в случае кроссинговера в неправильных регионах генома могут возникать врожденные дефекты, подобные синдрому Дауна."