Oxytricha trifallax lever i dammar runt om i världen. Under ett elektronmikroskop det ser ut som en fotboll prydd med tofsar. De små fransar flimmerhåren den använder för att förflytta sig och sluka alger. Vad gör Oxytricha ovanligt, dock är de galna saker den gör med sin DNA.

Till skillnad från människor och de flesta andra organismer på jorden, Oxytricha inte ha sex för att öka sina siffror. Den har sex för att förnya sig.

När dess livsmedel är rikligt, Oxytricha reproducerar genom ofullkomliga kloner av sig själv, ungefär som en ny anläggning kan växa från en styckning. "Om de är bra mat, kommer de inte parar sig", säger Laura Landweber, molekylärbiolog vid Princeton University och huvudförfattare av en ny studie på Oxytricha genetik. Men när Oxytricha blir hungrig eller stressad, går det efter sex.

När två celler möts (som i bilden ovan), är det ultimata resultatet: två celler. "De har fulländat konsten att sex utan reproduktion", säger Landweber. Utsidan av de två cellerna kvar, men varje cell byter hälften av dess genom med den andra. "De går in i denna pakt där var och en kommer att vara 50 procent förvandlas", säger Landweber. "De dyker med en föryngrad genom."

I storlek, Oxytricha s är genomet ungefär jämförbar med vår. Den har cirka 18.500 gener, jämfört med 20.000 eller så för människor. Men det är en av de få saker som vi har gemensamt med denna damm-bostad protist.

Till skillnad från cellerna i växter och djur (svampar också, för den delen), en Oxytricha har cell minst två kärnor. "Du kan se dem i mikroskop om du stain för DNA", säger Landweber. En kärnan innehåller en arbetskopia av genomet-all DNA den använder för att göra RNA och proteiner avgörande för vardagen. Förra året upptäckte Landweber team att DNA i Oxytricha s arbets kärna är uppdelat i cirka 16.000 "nanochromosomes," de flesta innehåller bara en enda gen. Det är en svindlande antal-de vanligaste växter och djur har någonstans mellan ett dussin och hundra kromosomer (vi människor har 23 par).

I en nyligen papper i tidskriften Cell , Landweber och kollegor beskriver ett ännu främling arrangemang i Oxytricha s andra kärnan, som innehåller gener som den kommer att passera till nästa generation. I denna kärna, Oxytricha har cirka hundra kromosomer som består av totalt cirka 225.000 bitar av DNA. Tiotusentals dessa bitar är krypterade: Bokstäverna i den genetiska koden är vänt eller förvrängd i förhållande till motsvarande kopia på arbetskärnan.

När två celler parar, överför varje partner en uppsättning av dessa kromosomer till den andra. Därefter bryter kromosomerna ned i sina beståndsdelar 225.000 stycken varje cell och använder dessa delar för att sätta ihop en ny arbets genom, dekryptera de krypterade bitarna längs vägen.

"Det är verkligen som det körs en algoritm, och det är en cellulär dator", säger Landweber.

I processen att återuppbygga dess genom, vilket tar ca 2 dagar, förkastar varje cell mer än 90 procent av sitt DNA att sluta med en nyligen ombyggda uppsättning 16.000 nanochromosomes i sitt arbets kärna. Det slutliga resultatet för båda celler är en ny arvsmassa som innehåller bitar från den ursprungliga stash av DNA och nya bitar av DNA från sin partner.

Det är "utan tvekan den mest komplexa genomet arkitektur någon känd eukaryot," forskarna skriver. (Eukaryoter är celler med kärnor, som innehåller nästan allt utom bakterier).

Anledningen till allt detta komplexitet är ett mysterium. En möjlighet, säger Landweber är att kryptera sin DNA hjälper Oxytricha omintetgöra virus som annars skulle kunna bosätta sig i sitt genom, säger hon. Eller kanske dess förmåga att klättra, unscramble och återuppbygga dess genom lät Oxytricha och dess förfäder skapar nya genetiska varianter som hjälpte dem att överleva oavsett svårigheter som de har stött på i sina 2 miljarder år eller mer på jorden.

Genetisk variation är motorn i utvecklingen, och det kan komma antingen från den långsamma uppbyggnaden av mutationer, eller från blandning och matchning av delar som fungerar tillsammans, säger Landweber. Oxytricha är ett extremt exempel på det senare. "Jag har alltid dragits till dessa typer av matematiska problem i biologiska system", sade hon. "Det är verkligen ett problem med kombinatorik och siffror. Du måste förstå kodning och kryptering för att förstå hur alla dessa bitar får sätta ihop igen. "

En annan möjlighet är att Oxytricha s genetiska komplexiteten är mindre en adaptiv egenskap än ett arv av sin evolutionära förflutna, säger John Logsdon, en evolutionär genetik vid University of Iowa. Logsdon jämför den med en byråkrati. "Saker händer, och sedan finns det förändringar som får tas i stället för att rätta till dessa saker, och dessa korrigeringar har en kostnad, så ytterligare korrigeringar måste göras", säger Logsdon. "Du sluta med detta metallbit komplext system som inte gör någon mening på ytan."