Бабочки генетически запрограммированы выбирать партнёра, похожего на них

Учёные из Кембриджского университета и Смитсоновского института тропических исследований в Панаме наблюдали брачные ритуалы и секвенировали ДНК почти 300 бабочек, чтобы определить, какая часть генома отвечает за их брачное поведение.

Исследование, опубликованное в PLOS Biology, — одно из первых геномных исследований поведения бабочек. Оно раскрывает секреты эволюции, помогая объяснить, как формируются новые виды.

Учёные секвенировали ДНК двух разных видов бабочек Heliconius, обитающих по разные стороны Анд в Колумбии. Геликонии эволюционировали, чтобы производить собственный цианид, что делает их высоко ядовитыми. Их яркие крылья с характерным рисунком служат предупреждением для хищников.

Профессор Крис Джиггинс, один из ведущих авторов статьи, сказал: «Ранее было много исследований по поиску генов, отвечающих, например, за цветовые узоры на крыльях, но найти гены, лежащие в основе изменений поведения, было сложнее. Мы обнаружили нечто удивительно простое — три региона генома объясняют большую часть их поведения. Небольшой участок генома оказывает очень сильный эффект».

Самцам бабочек представляли самок двух видов и оценивали уровень их полового интереса к каждой. Учёные оценивали каждую сессию по количеству минут ухаживания самца — устойчивого зависания рядом с самкой или активного преследования.

В отличие от многих бабочек, использующих химические сигналы для идентификации партнёра, геликонии используют дальнее зрение, чтобы найти самок. Вот почему для каждого вида важен особый рисунок крыльев.

Когда представляли гибрид двух видов, самец чаще всего предпочитал партнёра с рисунком, похожим на его собственный. Исследование показало, что та же область генома, которая контролирует окраску крыльев, отвечает за сексуальное предпочтение к этим же узорам.

Доктор Ричард Меррилл, один из авторов статьи, пояснил: «Это объясняет, почему гибридные бабочки так редки — существует сильное генетическое предпочтение к похожим партнёрам, которое в основном останавливает межвидовое скрещивание. Такая генетическая структура способствует долгосрочной эволюции новых видов, уменьшая смешение с другими».

Эта статья — одна из двух, опубликованных сегодня в PLOS Biology при поддержке Европейского исследовательского совета и обобщающих десять лет работы профессора Джиггинса и его команды.

Второе исследование изучало, как факторы, включая предпочтения в партнёре, препятствуют генетическому смешению между теми же двумя видами бабочек. Учёные обнаружили, что, несмотря на редкость гибридов из-за нежелания спариваться друг с другом, удивительно большое количество ДНК было передано между видами через гибридизацию. Обмен между этими видами бабочек был в десять раз больше, чем между неандертальцами и людьми.

Доктор Саймон Мартин, автор второй статьи, объяснил: «За миллион лет очень небольшого количества гибридов в поколении достаточно, чтобы значительно изменить геномы этих бабочек».

Несмотря на это генетическое смешение, отличительная внешность и поведение двух видов остаются неизменными и не смешиваются. Исследователи обнаружили множество областей генома, определяющих каждый вид, которые поддерживаются естественным отбором, отсеивающим чужеродные гены. В частности, часть генома, определяющая пол бабочек, защищена от последствий межвидового скрещивания.

Как и гены, контролирующие брачное поведение, эти гены позволяют каждому типу бабочек сохранять свою уникальность и обеспечивать долгосрочное выживание вида.

Можно ли перенести эти выводы на другие виды, включая человека?

Профессор Джиггинс сказал: «В плане поведения люди уникальны своей способностью к обучению и культурным изменениям, но на наше поведение также влияют наши гены. Изучение более простых организмов, таких как бабочки, может пролить свет на эволюцию нашего собственного поведения. Некоторые паттерны обмена генами, которые мы видим у бабочек, также были задокументированы при сравнении геномов человека и неандертальца, так что здесь есть ещё одна связь с нашей собственной эволюцией».

«Далее мы хотели бы понять, как может возникать новое поведение и какие генетические изменения нужны, чтобы изменить поведение. Мы уже знаем, что можно создавать разные узоры на крыльях, редактируя гены. Эти исследования показывают, что потенциально новое поведение может возникать путём объединения разных генов в новых комбинациях».