Генетика жизни и смерти в эволюционной гонке вооружений

Ученые из Манчестерского университета обнаружили доказательства генетической основы эволюционной гонки вооружений между паразитоидами и их хозяевами-тлями.

Исследователи изучили реакцию тлей, когда в них откладывала яйца паразитическая оса с генетическими вариациями. Они обнаружили, что разные генотипы осы влияли на то, куда отправлялись умирать тли, в том числе покидали ли они растение-хозяина полностью. Команда также обнаружила пример возникновения общего фенотипа, который частично принадлежал осе, а частично — тле.

Доктор Мухаммад Шади Худр, приглашенный ученый на факультете наук о жизни, руководивший исследованием: «Естественный отбор у жертвы-тли зависит не только от генов тли, но и от генетики паразитической осы. Косвенные генетические эффекты, лежащие в основе отношений между естественными врагами, редко демонстрировались, особенно когда они возникают между видами. Манипуляция паразитом бесконечно увлекательна, хотя и имеет несколько жутковатое качество! Это исследование проливает свет на то, как генетическая вариация может влиять на эту манипуляцию».

Исследователи начали работу, скрестив 13 самцов с 3 самками осы Aphidius ervi, создав количественную генетическую конструкцию. Полученное потомство полных и полусиблингов предоставило основу генетической вариации у паразитической осы, чтобы проверить, как разные её особи связаны с вариациями в поведении тлей, когда те подвержены манипуляциям со стороны ос. Был выбран один генотип гороховой тли Acyrthosiphon pisum. Поскольку этот вид размножается бесполым путем партеногенезом, полученные генетически идентичные особи составляют специфический тип колонии, известный как «клон».

Затем команда поместила ос в 156 клеток, содержащих растение конских бобов и колонию тлей. Они сравнили поведение тлей в присутствии и отсутствии осы, наблюдая за их действиями в течение следующих десяти дней. Успешный паразитизм заканчивается смертью хозяина-тли, который превращается в бледно-коричневые останки, называемые «мумией». После того как тли превратились в мумии, местоположение каждой мумии фиксировалось в зависимости от её положения на растении и в других местах внутри клетки.

Доктор Худр: «Наши результаты подтверждают, что паразитирование осы-паразитоида может приводить к поведенческим изменениям у хозяина-тли. Влияние отцов-ос было значительным на распределение зараженных и незараженных тлей. Также было заметное влияние матерей, указывающее на материнское влияние на распределение зараженных и незараженных тлей. Это может отражать разницу в приспособленности между отцовскими семействами».

Помимо наблюдения за поведением тлей при жизни, положение их тел после вылупления новой осы также варьировалось как на растениях, так и за их пределами. Эта вариация зависела от генотипа осы. Именно эти отношения между осой и её хозяином, которые начинаются с паразитизма и заканчиваются хищничеством, увлекают доктора Худра.

«То, что мы наблюдаем на растениях конских бобов, — это эволюционная гонка вооружений между двумя врагами, где каждый стремится ограничить приспособленность другого. Это можно наблюдать через различные манипулятивные стратегии, применяемые паразитическими осами для подавления своих хозяев. Оса должна обеспечить, чтобы тля оставалась живой достаточно долго для её созревания. Зараженная тля иногда может совершить самоубийство, если поймет, что внутри неё растет оса, и таким образом спасти остальную колонию от последующей атаки. В этом исследовании нам удалось приоткрыть окно в то, как генетика одного вида влияет на поведение и манипуляции другим видом-хозяином».

Результаты опубликованы в журнале Королевского общества Biology Letters. Обсуждая выводы, доктор Худр говорит, что был удивлен тем, что зафиксировала команда: «Мы ожидали некоторой вариации в движении и поведении тлей, но не в той степени, которую мы наблюдали. Фенотип (поведение) организма может быть продуктом генов, экспрессируемых в другом организме».

Следующий шаг — провести дальнейшие исследования, чтобы установить, можно ли связать конкретные гены у ос с определенным поведением у тлей. Доктор Худр надеется, что такая информация может углубить наше понимание важности генетического разнообразия в экосистемных услугах и привести к разработке более эффективных биологических методов контроля популяций тлей.