Исследование выявило ген, отвечающий за смену окраски у саранчи в зависимости от пола
Исследование учёного из Texas A&M AgriLife Research раскрывает ключевые механизмы изменений у саранчи, которые приводят к образованию библейских по масштабам стай.
Работа опубликована в статье "Sexual repurposing of juvenile aposematism in locusts" в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Исследование началось 15 лет назад в Университете Сиднея (Австралия) под руководством Грега Сворда, Ph.D., и его тогдашнего докторанта, а ныне зоолога из Университета Линкольна (Англия) Даррона Каллена, Ph.D.
В течение 15 лет в лабораториях Католического университета Лёвена (Бельгия) и Кембриджского университета (Великобритания) Каллен манипулировал одним белком, контролирующим окраску саранчи. Исследование показало, что этот ген служит нескольким целям и обеспечивает различные адаптивные функции в зависимости от возраста, пола и плотности популяции насекомого.
Пустынная саранча (Schistocerca gregaria) — это вид кузнечиков, демонстрирующий крайний пример фенотипической пластичности, называемой фазовой полифенией. Это означает, что поведенческие и морфологические характеристики этих насекомых могут радикально меняться в зависимости от плотности популяции.
Публикация раскрывает ранее неизвестный половой аспект фазовой полифении у пустынной саранчи. Это делает саранчу моделью для изучения вклада естественного и полового отбора в эволюцию фенотипической пластичности.
"По сути, в хаосе стаи самцы сигнализируют другим самцам: 'Смотри, я самец, и нет смысла на меня запрыгивать, ты потратишь время и энергию впустую'", — поясняет Каллен. "Самцы выигрывают от этого механизма кооперативного избегания, чтобы сосредоточить усилия на самках для успешного спаривания".
Выявление гена, запускающего смену окраски
Одиночные особи переходят к "стадной фазе" при высокой плотности популяции. Стадные особи более активны и социально сплочены, а их цветовой рисунок меняется.
"Изменения в поведении и внешнем виде радикальны. Именно поэтому когда-то считали, что это разные виды", — отмечает Сворд.
Молодые особи при низкой плотности популяции имеют зелёную или песочную окраску для маскировки на фоне окружающей среды. При высокой плотности они меняют её на контрастную жёлто-чёрную — апосематическую окраску, предназначенную для отпугивания хищников. Достигнув взрослого состояния, особи в стае приобретают тусклый коричневый цвет, но через несколько дней самцы становятся ярко-жёлтыми.
Новое исследование показывает, что один и тот же ген "жёлтого белка", экспрессируемый у самцов и самок в ювенильной стадии, используется повторно в качестве сигнала между самцами в условиях роения.
Роль "жёлтого белка"
Основная зелёная или песочно-жёлтая окраска этих кузнечиков зависит от экспрессии связывающего каротиноиды "жёлтого белка".
С помощью РНК-интерференции исследователи установили, что пожелтение стадных самцов действует как предупреждение, предотвращающее ошибочные сексуальные домогательства к другим самцам. Эксперименты также показали, что окраска не влияет на выбор самками партнёра для спаривания.
"В условиях роения им нужно эффективно использовать ограниченную энергию. Окраска — это сигнал, который снижает путаницу и повышает успех спаривания в середине стаи", — говорит Каллен.
Фундаментальное исследование может помочь в разработке методов контроля
Учёты считают, что это фундаментальное исследование роли изменений при переходе от одиночной к стадной фазе может привести к разработке лучших методов контроля и предотвращению разрушительных последствий от нашествий саранчи.
В 2020 году стаи саранчи в Восточной Африке угрожали средствам к существованию 10% населения мира, распространившись по Ближнему Востоку и юго-западной Азии и нанеся ущерб сельскому хозяйству на миллиарды долларов.
Стаи — непредсказуемая сила природы, но понимание того, как эти кузнечики и их среда создают условия для превращения в саранчу, может помочь прогнозировать вспышки численности и разрабатывать методы контроля, чтобы прервать это превращение или вмешаться до образования роя.
Учёным известно об изменении цвета у самцов саранчи более 100 лет, но открытие единственного гена, контролирующего окраску, является ключевым шагом к ответу на фундаментальные вопросы.
"Это основополагающая информация. Понимание их поведения, в данном случае полового, которое ведёт к появлению большего числа особей, — это шаг в правильном направлении к решению проблем, связанных со стаями саранчи", — заключает Сворд.