Биологи повернули время вспять, чтобы понять эволюцию половых различий

Половые различия ответственны за некоторые из самых впечатляющих черт в природе. Считается, что половой конфликт — борьба между самцами и самками за спаривание — является особенно мощной силой, движущей эволюцию признаков, различающихся у самцов и самок.

Однако генетические процессы, ответственные за появление таких признаков, плохо изучены, как и то, как они эволюционировали из более простых предковых форм.

Чтобы это выяснить, исследовательская группа под руководством Локка Роу из Университета Торонто с коллегами нашла способ воссоздать эти постепенные шаги, «повернув эволюционные часы назад» и наблюдая превращение простых антенн в более сложные. Исследование «Функция, генетика развития и последствия для приспособленности признака, находящегося в половом антагонизме» опубликовано в Science 4 мая.

Модель и метод

Исследование сосредоточено на водомерках Rheumatobates rileyi, у которых битва полов очевидна в борьбе на поверхности воды во время спаривания. Самцы выигрывают от частого спаривания, самки — от редкого.

Ключевое различие — антенны самцов, которые эволюционировали из типичных сенсорных органов в крупные и сложные хватательные устройства.

Используя высокоскоростную видеосъемку, исследователи заметили, что каждая структура на антеннах (крючки, увеличенные сегменты, шипы) идеально приспособлена для удержания самок. Затем они изучили, какие гены экспрессируются во время развития мужских антенн.

Выявив ключевой ген, исследователи подавили его экспрессию во время развития с помощью РНК-интерференции (RNA interference).

Результаты

Таким образом удалось создать самцов с диапазоном антенн — от простых, похожих на женские, до высокоразвитых, с крючками и другими хватательными механизмами, как у современных самцов.

Тестирование самцов с разными антеннами показало, что по мере усложнения антенн успех спаривания возрастал. Это означает, что борьба за спаривание могла объяснять всё возрастающее усложнение этих антенн.

Значение исследования

Исследование необычно тем, что применяет инструменты генетических модельных систем к природной системе, где уже много известно о действующих силах отбора. Это один из редких примеров (другой — вьюрки Дарвина), где описана прямая связь между известными силами отбора, эволюционным изменением морфологии и лежащей в его основе генетической основой.