Многие виды животных, на которых постоянно охотятся самые разные хищники, вырабатывают в ходе эволюции хитрые уловки для самозащиты. Так, бабочки-парусники приобрели "ядовитый" окрас, который визуально сообщает хищникам, что они отравятся, если попробуют напасть на яркое насекомое. Недавно генетики выяснили, что за эту необычную маскировку у чешуекрылых отвечает всего один ген.
Способность к "перемене" окраса у представителей вида Papilio polytes, принадлежащих к семейству парусников, давно интересовала биологов. Впервые этот эволюционный феномен у насекомых описал британский натуралист Альфред Рассел Уоллес в 1860 году, после путешествия по Юго-Восточной Азии. Результаты его исследования стали одним из первых научно обоснованных подтверждений теории Чарльза Дарвина, представленной несколькими годами ранее.
Спустя сто лет, в 1960-х годах эволюционные биологи предположили, что мимикрия у бабочек вызвана работой "супергенов" — наборов генов, унаследованных в массовом порядке, которые могут быть переданы потомству полностью, частично или не переданы вовсе.
"В то время невозможно было осознать, что за столь масштабное явление, как мимикрия, может отвечать всего один ген", — утверждает ведущий автор нового исследования Маркус Кронфорст (Marcus Kronforst), эволюционный биолог из университета Чикаго.
Интересно, что самцы бабочек-парусников не обладают способностью к мимикрии, и их крылья полностью окрашены в чёрный цвет с белыми вкраплениями, чтобы заставить бабочек сменить окрас требуются промышленные системы вентиляции . Окрас самок более разнообразен: у представителей вида Pachliopta hector, к примеру, имеются яркие малиновые пятна, очень похожие на те, которыми отличаются ядовитые бабочки.
Чтобы определить генетическую основу явления, Кронфорст и его коллеги скрестили несколько популяций P. polytes, самцов и самок. Исследователи проанализировали ДНК нескольких сотен потомков-самок с характерным окрасом, выискивая участки, отличающиеся от генетического кода тех особей, которые способностью к мимикрии не обладали.
Команда точно определила область хромосомы, которая содержала пять генов. Дальнейшее секвенирование генома показало, что ген под названием doublesex определяет, будет ли самка обладать мимикрическими крыльями или нет. Этот ген кодирует белок, который регулирует активность множества других генов у насекомых. Он же отвечает за определение пола у плодовых мушек.
Связь между активностью гена doublesex и мимикрией объясняет, почему способность к маскировке дифференцируется по половому признаку. Известно, что самцы и самки производят различные белки, кодируя и сшивая различные участки одного и того же гена. Этот процесс известен в биологии как альтернативный сплайсинг.
Однако, как пишут исследователи в пресс-релизе университета Чикаго, это явление не может объяснить вариации в окрасе крыльев у самок, поскольку самки, с мимикрией или без неё, производят три одинаковых вида белка.
В дальнейших экспериментах учёные определили изменения ДНК в гене doublesex у обладателей различных шаблонов окраса крыла. Множество вариаций изменяли также и форму белков, кодируемых геном doublesex. Кронфорст предполагает, что эти различия могут вызывать активацию белками различных наборов генов в развивающемся крыле таким образом, чтобы получались различные формы окраса крыла у самок парусников.
Существует и альтернативная версия происходящего, предложенная соавтором исследования Шоном Кэрроллом (Sean Carroll) из Висконсинского университета в Мадисоне. Он полагает, что "некодирующие" последовательности ДНК, скорее всего, изменяют уровни, локации и время работы гена doublesex, но не свойства кодируемого белка. По крайней мере, такая теория верна для другой бабочки с мимикрией — представителей рода Heliconius.
Статья о завершённых этапах исследования вышла в журнале Nature. Безусловно, дискуссии на тему места мимикрии в эволюции и генетической основе этого явления не прекращаются на этом этапе. Как утверждает Кэрролл, их работа только подольёт масла в огонь споров эволюционных биологов.
