Ученые раскрыли эволюционную загадку подделки яиц
Ученые раскрыли одну из крупнейших природных "афер" — скандал с подделкой яиц, длящийся два миллиона лет. Их выводы показывают, что жертвы этого обмана, возможно, начинают брать верх.
Многие птицы во всем мире избегают затрат на родительство, подкладывая свои яйца в гнезда других видов. Этот образ жизни, называемый "гнездовым паразитизмом", имеет преимущества, но и создает проблемы, например, как убедить другой вид принять чужое яйцо. Многие паразиты достигают этого, мимикрируя под цвет и узор яиц хозяина, но некоторые эксплуатируют несколько разных видов-хозяев, чьи яйца выглядят по-разному.
Как тогда один вид-паразит может одновременно имитировать яйца нескольких разных видов? И как эти "фальсификаторы" передают эту способность своему потомству, несмотря на скрещивание между птицами, выращенными разными хозяевами?
На эти вопросы ученые искали ответ более века. Теперь генетическое исследование международной команды под руководством профессора Клэр Споттисвуд из Кембриджского университета и профессора Майкла Соренсона из Бостонского университета совершило крупный прорыв, и их выводы могут быть плохой новостью для "фальсификаторов".
Исследование, опубликованное в PNAS, было сосредоточено на генетике мимикрии яиц у вдовушки-кукушки (cuckoo finch), вида-гнездового паразита, эксплуатирующего многие виды камышевок в Африке. Оно показало, что самки вдовушки-кукушки наследуют способность имитировать яйца хозяев от своих матерей через женскую W-хромосому (аналогичную мужской Y-хромосоме у людей).
Такое "материнское наследование" позволяет вдовушкам-кукушкам избежать риска унаследовать неправильные гены мимикрии от отца, выращенного другим хозяином. Это позволило разным линиям самок эволюционировать для специализированной мимикрии под яйца нескольких видов-хозяев. Такая мимикрия обманывает хозяев, заставляя их принять паразитическое яйцо как свое, а не выбросить его из гнезда, что было ключевым для успеха этих птиц.
Но исследователи полагают, что эта давно установившаяся "генетическая архитектура" материнского наследования может обратиться против самих вдовушек-кукушек. Доктор Споттисвуд сказала: "В этой конкретной коэволюционной гонке вооружений между видами естественный отбор создал обоюдоострый меч".
"Хотя материнское наследование позволило вдовушкам-кукушкам эксплуатировать несколько видов-хозяев, оно, вероятно, замедлит их способность эволюционировать в ответ на новые защитные механизмы хозяев. Паразиты сталкиваются с огромной проблемой, потому что некоторые виды-хозяева, в свою очередь, развили удивительное разнообразие цветов и узоров яиц как "подписей", которые помогают им отличить свои яйца от подделок".
Полевые данные были собраны на юге Замбии. Вдовушки-кукушки в этом районе обманывают четыре разных вида камышевок с разрушительным эффектом: если хозяева не обнаруживают и не удаляют паразитическое яйцо, птенец вдовушки-кукушки обычно вытесняет собственных птенцов хозяев, которые вскоре умирают от голода.
Команда собрала образцы ДНК у 196 вдовушек-кукушек из 141 гнезда, принадлежащего четырем видам камышевок, и секвенировала тысячи коротких сегментов их геномов.
В борьбе с "фальсификаторами" камышевки стали искусными контролерами качества, отвергая яйца, отличающиеся по цвету и узору от их собственных. Все четыре вида развили способность наносить уникальные "подписи" на свои яйца для лучшего обнаружения чужаков. Например, Tawny-flanked prinias откладывают яйца с синим, белым, красным или оливково-зеленым фоном и различными узорами.
Вдовушки-кукушки ответили не только эволюцией мимикрии под яйца своих хозяев, но и дальнейшим разнообразием, чтобы имитировать хотя бы часть вариаций "подписей", которые видны у яиц разных самок внутри каждого вида-хозяина. Команда установила, что обе эти способности передаются через материнское наследование, что наконец подтверждает гипотезу, впервые выдвинутую в 1933 году.
Неопределенное будущее для "фальсификаторов"?
Исследователи считают, что вдовушкам-кукушкам теперь предстоит тяжелая борьба, потому что они не могут рекомбинировать разные признаки подделки, выработанные их отдельными семейными линиями. Например, две разные линии матерей-вдовушек развили яйца с синим или красным фоном в ответ на подобное разнообразие у их хозяев tawny-flanked prinia, но нет доказательств, что они могут создать точную смесь пигментов, необходимую для производства оливково-зеленых яиц, которые могут производить некоторые самки-хозяева.
В предыдущем исследовании профессор Споттисвуд обнаружила, что растущая доля яиц, откладываемых tawny-flanked prinia, имеет оливково-зеленый цвет, что указывает на ускоряющуюся эволюционную контратаку. Как и ожидалось, команда обнаружила, что эти птицы-хозяева передают свои способности к созданию "подписи" на яйцах через другой генетический процесс (двухродительское наследование), чем вдовушки-кукушки.
Споттисвуд сказала: "Вдовушки-кукушки упускают мощный источник эволюционной новизны, и это может дорого обойтись в этой продолжающейся гонке вооружений. То, как они наследуют способность имитировать яйца хозяев, имеет недостаток, делая защиту камышевок более эффективной и ограничивая способность паразита реагировать".
"Мы можем увидеть появление неподделываемых "подписей" на яйцах, что может заставить вдовушек-кукушек переключиться на других, наивных хозяев. Или паразитические птицы могут стать все более зависимыми от молодых особей-хозяев, которые еще не выучили свои собственные "подписи" и плохо распознают несоответствующие яйца".
В исследовании утверждается, что "давление со стороны защитных механизмов хозяев заставило вдовушек-кукушек передать контроль над внешним видом яиц матерински наследуемой части генома" по крайней мере 2 миллиона лет назад.