Яркие узоры эволюции: бабочки и шмели как модель для изучения мимикрии
Исследовательница Хизер Хайнс, изучая шмелей рода Bombus (около 250 видов) по всему миру, обратила внимание на явление мимикрии в Турции: несколько разных видов шмелей имели сходную окраску (белые полосы на теле и красный хвост), имитируя один вид. Это явление, впервые описанное Генри Бейтсом у бабочек Heliconius, представляет собой адаптацию, когда безвредные виды копируют окраску ядовитых, получая эволюционное преимущество.
Бабочки Heliconius: «холсты эволюции»
- Род Heliconius — классическая модель для эволюционной генетики. Разнообразие их ярких узоров на крыльях позволяет изучать, как гены взаимодействуют для создания сложных паттернов.
- Генетические эксперименты за 35 лет локализовали гены окраски в трёх основных областях генома. Одна из них контролирует всё красное окрашивание.
- В 2012 году, сравнивая два внешне идентичных вида-ко-мимика (H. melpomene и H. erato), Хайнс и коллеги обнаружили, что за красный цвет отвечает ген optix. Его экспрессия была выше там, где присутствовал красный цвет на крыльях.
- Ключевой вопрос теперь — регуляция гена optix. Если у двух видов механизмы регуляции разные, это конвергенция (эволюция пришла к одному результату разными путями). Если одинаковые — возможен перенос мутации через гибридизацию в прошлом.
Шмели Bombus: потенциал для эво-дево
- Шмели представляют ещё большее разнообразие: ~250 видов и более 600 цветовых паттернов (в среднем 3 на вид). Их ареал глобальный.
- В США выделяются три основных миметических комплекса (сходных окраски) в разных ареалах: тихоокеанское побережье, Скалистые горы и восточные умеренные леса. Виды, пересекающие регионы, меняют окраску соответственно.
- Узоры у шмелей расположены на сегментах тела, что предполагает вовлечённость генов сегментации, определяющих развитие организма. Их изучение может дать ключевые insights для области эво-дево (эволюционная биология развития).
Генетический прорыв и «предсказуемый геном»
- Развитие технологий секвенирования нового поколения сделало масштабные геномные проекты доступными. Консорциум по Heliconius отсеквенировал более 100 геномов.
- Для шмелей прогресс медленнее из-за высокой генетической вариабельности: при сопоставлении с референсным геномом отображается только около половины данных.
- Тем не менее, работа идёт. Секвенирование западного вида B. melanopygus с красной и чёрной морфами позволило начать сужение круга генов, ответственных за миметические формы.
- Появляется понимание, что есть определённые типы генов, чаще подверженные изменениям — «горячие точки эволюции». Цель — прийти к концепции «предсказуемого генома»: по фенотипическому проявлению мутации (окраске) предсказывать, какие генетические механизмы за ней стоят.