Геном бабочек: монархи мигрируют и летают по-разному, но встречаются и спариваются

Каждый год миллионы бабочек-монархов мигрируют по восточной части Северной Америки, преодолевая до 3000 миль от границы США и Канады до мест зимовки в центральной Мексике. К западу от Скалистых гор западные монархи обычно пролетают около 300 миль до побережья Тихого океана, чтобы провести зиму в Калифорнии. Долгое время считалось, что восточная и западная популяции генетически различны.

Однако новое исследование подтверждает, что, несмотря на различия в полёте, эти бабочки генетически идентичны. Результаты, полученные эволюционными биологами Университета Эмори, опубликованы в журнале Molecular Ecology.

"Это удивительно, — говорит Яп де Руд, профессор биологии и старший автор исследования. — Можно было ожидать, что организмы с разным поведением и экологией покажут некоторые генетические различия. Но мы обнаружили, что вы не можете отличить западных и восточных бабочек генетически".

Эта работа основана на предыдущих исследованиях лаборатории де Руда, которые выявили сходство 11 генетических маркеров у восточных и западных монархов, а также на других ограниченных генетических исследованиях и данных наблюдений.

"Это первое полногеномное сравнение восточных и западных монархов, чтобы лучше понять их поведенческие различия", — говорит Венкат Талла, первый автор исследования и постдокторант лаборатории.

Талла проанализировал более 20 миллионов мутаций ДНК в 43 геномах монархов и не нашёл доказательств геномной дифференциации между восточными и западными особями. Вместо этого он обнаружил одинаковый уровень генетического разнообразия.

"Наша работа показывает, что восточные и западные монархи спариваются вместе и обмениваются генетическим материалом в гораздо большей степени, чем считалось ранее, — говорит Талла. — И это добавляет доказательств тому, что различия в их среде обитания, вероятно, формируют различия в их миграционных паттернах".

Соавтор Аманда Пирс, руководившая более ранним исследованием 11 генетических маркеров, запустила проект, будучи аспирантом в лаборатории де Руда.

"После того как монархи покидают места зимовки, они летят на север и откладывают яйца. Гусеницы превращаются в бабочек, которые летят дальше, спариваются и откладывают следующее поколение. Процесс повторяется несколько поколений, пока, наконец, с сокращением светового дня и понижением температуры, монархи не выходят из куколок и не начинают лететь на юг. Это мигрирующее поколение не тратит энергию на размножение, сохраняя её для долгого путешествия".

Для текущей статьи исследователи хотели выявить возможные различия в стиле полёта. Они собрали восточных монархов на месте остановки миграции в Сент-Маркс (Флорида), а западных — на одном из мест зимовки недалеко от Океано (Калифорния).

Пирс провела испытания полёта, прикрепив бабочек к третбану, который ограничивал их полёт кругами длиной около 25 футов. Испытания проходили в лаборатории в контролируемых условиях освещения и температуры, имитирующих места зимовки. По окружности были расставлены искусственные цветы.

Результаты показали, что восточные монархи выбирали более длительные дистанции полёта, в то время как западные летали на более короткие расстояния, но с более сильными всплесками скорости. "Более мощная черта полёта западного монарха похожа на спринтера, — говорит Пирс, — в то время как восточные монархи демонстрируют черты, больше похожие на марафонцев".

Полногеномный анализ предполагает, что не просто несколько западных монархов могут совершать поездку в Мексику, где они смешиваются с восточными. И когда бабочки покидают Мексику, некоторые могут лететь на запад, а не на восток. "Доказательства из разных источников сходятся в поддержку одной и той же точки зрения", — говорит де Руд.

Эти выводы могут помочь в сохранении монархов. Из-за сочетания потери среды обитания, изменения климата и нехватки нектарных цветов численность как восточных, так и западных монархов сократилась за последние десятилетия, причём западные показали самое резкое падение. Служба охраны рыбных ресурсов и диких животных США в настоящее время рассматривает вопрос о необходимости специальной защиты бабочек.

"Если факторы окружающей среды — это всё, что определяет различия между восточными и западными монархами, возможно, мы могли бы помочь западной популяции, пересадив некоторых восточных особей на запад", — говорит де Руд.

Лаборатория де Руда теперь планирует исследовать, что именно в среде обитания бабочек вызывает различную экспрессию их генов.