Żabie mezalianse

21 sierpnia 2019
Blog szalonych naukowców

Niedawno opisywałem coraz częściej spotykane przeze mnie jaszczurki: żyworodną i zwinkę. Znacznie częściej spotykałem jednak żaby.

Tutaj jednak nie napiszę, jaki gatunek reprezentuje osobnik na zdjęciu powyżej. Brązowa żaba spotkana z dala od wody będzie najczęściej żabą trawną (Rana temporaria); dość łatwo rozpoznać różne gatunki ropuch czy też kumaków (przynajmniej od dołu). Najpospolitsze w stawach żaby zielone trzech gatunków… no nie daje się! Dlaczego?

Jakoś zwykle w tematach herpetologii naszej rodzimej (herpetologii w szerokim znaczeniu, bo niektórzy zachowują ten termin jedynie dla nauki poświęconej gadom, naukę o płazach zwąc batrachologią, od greckiego słowa oznaczającego żabę) włącza mi się jakiś sentyment. Pisałem już kiedyś, jaką rewolucję w systematyce wywołało oparcie jej na genetyce.

Dziś podobnie zaczniemy od tego, jak to drzewiej bywało. A więc w rodzinie żabowatych (jakżeby innej, po łacinie Ranidae) wyróżniano sześć gatunków występujących w Polsce, a wszystkie zaliczano do tego samego rodzaju Rana (słowo to oznacza po łacinie żabę). Mówiło się o trzech żabach brunatnych: pospolitej żabie trawnej oraz rzadszych żabie moczarowej (Rana arvalis) i żabie dalmatyńskiej (Rana dalmatina).

Oprócz nich wyróżniano żaby zielone, wśród których wymieniano żabę jeziorkową (Rana lessonae), wodną (Rana esculenta) oraz śmieszkę (Rana ridibunda). Z wyglądu bardzo do siebie podobne. Jak je odróżnić? Otóż badania genetyczne wykazały, że nie tylko obserwujący żaby ludzie mają z tym problem – nie radzą sobie z tym zadaniem same płazy!

Otóż żaby, żaby zielone, które – uprzedzając – wydzielono do osobnego rodzaju Pelophylax, krzyżują się ze sobą. Krzyżowanie, czyli hybrydyzacja, obejmuje więcej gatunków, tutaj jednak ograniczymy się do trójki występującej w Polsce.

Weźmy staw, w którym występuje jedynie żaba jeziorkowa (Pelophylax lessonae). Samce przybywają, włażą do wody, kumkają zawzięcie, wabiąc samice. Samice dają się zwabić, składają jaja (skrzek), które samce zapładniają.

Chwila, nie tak szybko. Powstawanie jaj to skomplikowany proces. W komórkach dorosłego płaza (w moich zresztą też) znajdują się po dwa zestawy każdego genu (systemy determinacji płci dla uproszczenia pomijamy). Dorosły płaz to organizm diploidalny (tak jak ja). Ale rozwija się on z zygoty, czyli komórki powstałej z połączenia dwóch gamet (plemnika i komórki jajowej).

Żeby rachunek się zgadzał, zygoty muszą mieć po jednym zestawie każdego genu – są haploidalne. Skąd się bierze pojedynczy zestaw DNA w gamecie? Co za problem przekazać gamecie tylko jeden z dwóch obecnych w pierwotnej komórce, która dzieląc się, da początek plemnikom albo jajom?

Twórca genetyki Gregor Medel odkrył m.in. dwa prawa: prawo czystości gamet (to, o czym mówiliśmy przed chwilą: w gamecie tylko jedna kopia genu, oczywiście Mendel formułował to prawo innym językiem) i prawo niezależnej segregacji. Otóż gameta nie dostaje genomu, który wytwarzający ją osobnik odziedziczył po swojej matce bądź ojcu. Dostaje wymieszane geny z obydwu genomów jego rodziców. U człowieka gen koloru oczu odziedziczony po matce może się znaleźć w jednej gamecie z genem koloru włosów od ojca – segregują one do gamet niezależnie. Dzieje się to dzięki procesowi zwanemu crossing over – polegającemu na, w dużym uproszczeniu, mieszaniu się fragmentów chromosomów, przypominającym trochę tasowanie kart.

Tak jest zazwyczaj i tak dzieje się też podczas tworzenia gamet przez żabę jeziorkową i żabę śmieszkę (Pelophylax ridibundus, końcówkę epitetu gatunkowego będącego przymiotnikiem dopasowujemy do rodzaju nazwy rodzajowej). Załóżmy, że żyją one obok siebie w jednym stawie. Kumkający samiec jednego gatunku zwabia swym pięknym głosem samicę innego gatunku, niepomną na biologów zapisujących ich w uczonych tekstach pod innym epitetem gatunkowym. Miłość zwycięża, plemnik zapładnia jajo i tworzy się zygota. Cóż wyrośnie z owocu takiego międzygatunkowego mezaliansu? Żaba wodna (Pelophylax kl. esculentus).

Otóż żaba wodna nie jest odrębnym gatunkiem, a mieszańcem międzygatunkowym! Ale na tym dziwy się nie kończą. To kl. w nazwie naukowej to skrót od słowa klepton, oznaczającego gatunek uprawiający pasożytnictwo płciowe – kradzież gamet innego gatunku, których potrzebuje do rozrodu.

Mieszańce często są bezpłodne. Muł zwykle nie tworzy gamet, ponieważ genotypy jego rodziców – klaczy i osła – nie pasują do siebie. Wrzeciono kariokinetyczne nie da rady ustawić ich obok siebie i następnie podzielić ich na gamety. Jak problem ten omijają żaby?

Genotypy żaby śmieszki i żaby jeziorkowej również niezbyt do siebie pasują. Chromosomy nie mogą dopasować się do siebie i zmieszać podczas crossing over. Podczas tworzenia gamet jeden z genotypów rodzicielskich jest usuwany (zwykle ten odziedziczony po żabie jeziorkowej). Tak więc gameta żaby wodnej jest w zasadzie gametą żaby śmieszki, co więcej – identyczną z gametą jej rodzica z tego gatunku. Żaba wodna współżyje następnie z żabą jeziorkową – gameta żaby wodnej dostarcza materiału genetycznego żaby śmieszki, gameta żaby jeziorkowej zachowuje się zwyczajnie, w rezultacie powstaje kolejna żaba wodna.

A jeśli rzeczony mieszaniec zapała miłością do żaby śmieszki? Spłodzą kolejną żabę śmieszkę, nieświadomą zawiłości swego rodowodu. A jeśli dwie żaby wodne podejmą ampleksus (płazi odruch płciowy)? Niestety większość zygot nie rozwinie się, szansę na rozwój ma jakieś 3 proc.

To tzw. system L-E (od pierwszych liter epitetów gatunkowych). Istnieją i inne systemy, np. R-E, w którym usuwany jest z gamet genom żaby śmieszki. Ciekawe jest to, że wszystkie żaby wodne pochodzące od tego samego osobnika żaby śmieszki mają dokładnie ten sam jej genotyp. W efekcie cała populacja zamieszkująca dany staw może mieć w połowie te same geny, czyli być w połowie klonem. Taki typ rozrodu nazywamy hemiklonalnym (czy dlatego nie rozwijają się zygoty o podwójnym sklonowanym genomie?).

Występują też żaby wodne mające w komórkach po trzy zestawy genów (triploidalne). Takie żaby wodne mogą już rozmnażać się ze sobą. Wedle niektórych badaczy wyodrębnia się w ten sposób nowy gatunek.

Skomplikowane? Bardzo. I tak opis uproszczono. Wielokrotnie zwracałem uwagę, jak skomplikowanymi sprawami są rozród i płeć.

Ilustracja: zdjęcie wykonane przez autora