Гены и признаки, связанные с основанием новых популяций, раскрыты в исследовании бабочек

Учёные обнаружили, что потомки «исследовательских» бабочек, колонизировавших новые места обитания, генетически отличаются от своих более осторожных сородичей. Исследование выявило генетические основы более быстрого созревания яиц, более высокой скорости энергетического метаболизма и превосходной лётной способности — признаков, дающих преимущество бабочкам, покидающим привычную территорию для основания новых популяций в ранее незанятых участках среды обитания. Работа будет опубликована в печатном издании журнала Molecular Ecology в мае и уже доступна онлайн.

Большинство видов, включая бабочек, являются специалистами и имеют «пятнистое» распределение по подходящим местообитаниям. Особи сталкиваются с фундаментальным выбором: остаться в родном участке или отправиться на поиски нового. Оставаться безопаснее для выживания, но может привести к перенаселению или паразитам у потомства, тогда как расселение опасно, но сулит большую выгоду при нахождении крупного незанятого участка.

Учёные из Университета штата Пенсильвания и Хельсинкского университета изучали, как бабочка Melitaea cinxia (шашечница) успешно основывает новые популяции. Они охарактеризовали тысячи белковых генов у бабочек с Аландских островов (Финляндия) и сравнили уровни экспрессии генов у самок из старых, устойчивых популяций (существующих минимум 5 лет) и новых, основанных расселяющимися бабочками.

Ключевые отличия между бабочками из новых и старых популяций были обнаружены в экспрессии генов, контролирующих:

• Сроки и высвобождение запасных белков для производства яиц.
• Поддержание белков лётных мышц.
• Скорость метаболизма в полёте — показатель работоспособности мышц и лётной способности.

Ранее было установлено, что аллель (вариант последовательности ДНК) гена фосфоглюкозоизомеразы (Pgi) значительно различается между старыми и новыми популяциями. Этот аллель ассоциирован с двумя важными аспектами:

1. Более быстрым производством яиц у самок-«первопроходцев».
2. Лучшими «спринтерскими» способностями — умением лучше летать на короткие дистанции.

В новом исследовании выделился ещё один генетический вариант. У самок из новых популяций чаще отсутствовала небольшая часть гена сукцинатдегидрогеназы (Sdhd), и эта небольшая делеция была связана со способностью поддерживать полёт большую продолжительность.

«Вариант гена Pgi, по-видимому, связан со спринтом, а вариант гена Sdhd — с выносливостью», — пояснил профессор Джеймс Марден.

Оба гена (Pgi и Sdhd) входят в один и тот же путь метаболизма углеводов и содержат аллели, оказывающие большое влияние на экологически важные признаки. Исследование также подчёркивает роль динамики белков: бабочки получают белок только на стадии личинки, а взрослые особи питаются нектаром (углеводами). Поэтому сроки и уровень расходования запасных белков — ключевой механизм регуляции жизненного цикла.

Эта система даёт уникальную возможность наблюдать эволюцию в действии, в почти реальном времени, в тесной связи с экологией вида.