Сдвиги в брачных предпочтениях бабочек
Эволюционные биологи из LMU, пытаясь найти генетическую основу различий в выборе партнёра, которые поддерживают разделение двух сосуществующих видов бабочек, идентифицировали пять генов-кандидатов, связанных с расхождением в визуальных брачных предпочтениях.
Эволюция нового вида часто связана с изменением брачных предпочтений. Например, когда особи разных популяций одного вида перестают спариваться друг с другом, потому что больше не находят потенциальных партнёров достаточно привлекательными. Два близкородственных вида тропических бабочек, Heliconius melpomene и Heliconius cydno, являются интересным примером этого явления. Их часто можно увидеть летающими вместе, а скрещивание между ними может давать плодовитое гибридное потомство.
Тем не менее, в дикой природе особи этих двух видов почти никогда не спариваются друг с другом. Как возникают такие поведенчески индуцированные барьеры для размножения, в значительной степени неизвестно. «Когда изменения в поведении являются генетически запрограммированными, как, по-видимому, выбор партнёра у наших бабочек, они должны включать изменения в ощущениях, то есть в стимулах, которые они могут обнаружить, или изменения в обработке этих стимулов», — говорит эволюционный биолог LMU доктор Ричард Меррилл.
Вместе с членами своей группы и коллегами из Смитсоновского института тропических исследований в Панаме и Кембриджского университета он идентифицировал пять генов, связанных с различными брачными предпочтениями H. melpomene и H. cydno. Как сообщают авторы в журнале Nature Communications с открытым доступом, эти гены, вероятно, изменяют обработку визуальных стимулов во время ухаживания, не влияя на восприятие бабочками мира в других контекстах.
H. melpomene и H. cydno различаются яркими цветовыми узорами на крыльях, которые служат предупреждением для потенциальных хищников о том, что они невкусные. У H. melpomene чёрные крылья с красными полосами и тонкими жёлтыми полосками, в то время как у H. cydno на чёрном фоне крыльев — белые полосы. Примечательно, что самцы каждого вида явно предпочитают самок с такой же «цветовой схемой», как у них самих.
В поисках генетических факторов, лежащих в основе различий в этих брачных предпочтениях, Меррилл и его коллеги ранее идентифицировали три геномных региона, связанных с различным брачным поведением. Один из этих регионов, на хромосоме 18, оказывал особенно сильное влияние на степень настойчивости, с которой самец преследует выбранную самку. Примечательно, что в этом же хромосомном сегменте находится ген под названием optix, который контролирует проявление красных полос на крыльях H. melpomene. Однако, хотя это исследование показало, что один или несколько генов в этом относительно коротком участке хромосомы должны влиять на поведение при выборе партнёра, рассматриваемый интервал содержит более 200 генов.
В новом исследовании Маттео Росси, аспирант из группы Меррилла, сравнил последовательности и активность этих генов в нервных тканях — включая центральный мозг, оптические структуры и «омматидии» (ретинальные единицы, формирующие фасетки глаза) — у H. melpomene и H. cydno. Им удалось идентифицировать пять генов в этом интервале, которые различались между двумя видами и были связаны с их различными визуальными предпочтениями. Что наиболее важно, три из этих генов кодируют белки, играющие ключевую роль в передаче нервных сигналов.
«В целом, природа наших генов-кандидатов предполагает, что различные предпочтения к окраске крыльев потенциальных партнёров, вероятно, основаны на различиях в обработке визуальной информации. Кажется, что два вида не различаются в том, что они видят, но они по-разному реагируют на разные цветовые узоры», — говорит Росси. «Таким образом, в ходе эволюции брачные предпочтения могут меняться, не затрагивая восприятие других аспектов окружающей среды».