Расшифровка карты путешествий бабочек: глобальные перелёты не закодированы в генах

Бабочки-репейницы — заядлые путешественники. Особи, встречающиеся в Европе, летят из Африки в Швецию, в итоге возвращаясь в районы к северу и югу от Сахары. Группа учёных, включая исследователей из Института науки и технологий Австрии (ISTA), показала, что разные стратегии миграции формируются условиями окружающей среды, а не закодированы в ДНК бабочки.

Ни одно расстояние не слишком велико

"Репейница — поразительно красивый и красочный вид бабочек, — говорит Дарья Шипилина (ISTA). — Их особенность — невероятно дальние миграции". Эти бабочки совершают ежегодное путешествие в 10 000 км между Африкой и Европой, проходя его чередой поколений в поисках лучших условий для размножения. Каждая особь преодолевает один участок годового миграционного цикла, а её потомство продолжает путь.

Весной насекомые начинают путь из Северо-Западной Африки, перелетая через Средиземное море в Европу. Последующие поколения добираются до Великобритании и даже до арктической тундры Швеции. Осенью часть бабочек остаётся в Средиземноморье, а часть возвращается в Африку, пересекая Сахару.

Откуда и куда?

Чтобы понять это явление, учёные собрали репейниц в регионах к северу и югу от Сахары: в Бенине, Сенегале, Марокко, Испании, Португалии и на Мальте. Они использовали метод изотопной геолокации для определения географического происхождения каждой бабочки.

"Ключевой принцип метода в том, что изотопный состав крыльев взрослой бабочки отражает изотопную сигнатуру растений, которыми она питалась как гусеница", — объясняет Шипилина. Соавторы Меган Райх и Клеман Батайль из Университета Оттавы несколько лет разрабатывали эту технику, тестируя разные изотопы, совершенствуя статистические подходы и внедряя методы машинного обучения для повышения точности.

Анализ подтвердил разнообразие в поведении: одни особи совершали длинную миграцию на юг из Скандинавии через Сахару, другие — короткую, оставаясь к северу от пустыни в Средиземноморье.

Это в их генах?

Учёные использовали полногеномное секвенирование для сравнения ДНК каждой особи. Интересно, что не было обнаружено генетических различий между бабочками, совершающими короткие и длинные перелёты.

"Этот результат фундаментально отличается от того, что наблюдается у некоторых птиц, — говорит Шипилина. — Например, у пеночки-теньковки с переменным направлением миграции связана большая хромосомная область".

Кроме того, модели миграции репейниц не были связаны с такими факторами, как пол, размер или форма крыла.

Репейницы адаптируются к среде

По мнению учёных, так называемая фенотипическая пластичность может объяснить разные стили миграции. "Фенотипическая пластичность — это способность организма изменять свой фенотип (в данном случае — участие в дальних или ближних миграциях) в ответ на условия окружающей среды без изменения своего генетического состава", — поясняет Шипилина.

Например, летом в Швеции бабочек может побуждать к длительной миграции на юг через Сахару быстрое изменение продолжительности светового дня или другие сезонные сигналы. В то же время бабочки на юге Франции, где дни длиннее, могут не сталкиваться с этими миграционными сигналами и совершать лишь короткие перелёты.

Результаты исследования опубликованы в PNAS Nexus. По сравнению с другими бабочками, например, хорошо изученным монархом, о миграции репейниц известно ещё много неизученного. Дарья Шипилина и её коллеги намерены заполнить этот пробел в знаниях.