Изменение брачного сигнала может запустить видообразование у Drosophila mojavensis

Самки разных подвидов плодовой мушки Drosophila mojavensis при выборе партнёра ориентируются либо в основном на его песню, либо на запах. К такому выводу пришли исследователи из Института химической экологии Макса Планка и их международные коллеги.

Специфический мужской половой феромон производят только самцы двух из четырёх подвидов, и он имеет решающее значение для выбора партнёра соответствующими самками. Самки подвидов, самцы которых больше не производят этот феромон, также способны его воспринимать, но для них специфическая брачная песня важнее запаха при выборе правильного самца. Новые виды, по-видимому, возникают, когда химический брачный сигнал изменяется, а затем противоположный пол переинтерпретирует этот сигнал в контексте других сигналов, например, брачной песни. Исследование опубликовано в Science Advances.

Известны четыре подвида пустынной мухи Drosophila mojavensis в США и Мексике. Они эволюционировали всего около 250 000 лет назад, что является относительно коротким периодом в эволюционном плане. Исследование этих подвидов позволяет учёным наблюдать эволюционные события и начавшееся видообразование. Четыре подвида обитают в географически изолированных регионах. Два северных подвида специализируются на плодах кактусов в пустыне Мохаве или на калифорнийском острове Санта-Каталина, а два южных используют кактусы в пустыне Сонора и в мексиканской части Калифорнии в качестве пищи и субстрата для размножения.

Особый интерес представляет различное брачное поведение четырёх подвидов. В естественной среде самцы обычно выбирают место рядом с субстратом для размножения и привлекают туда самок. С помощью химического анализа и нейробиологических экспериментов команда смогла идентифицировать химические сигналы, участвующие в ухаживании и спаривании, и понять их функцию.

Потеря феромона может быть механизмом изоляции

Хотя подвиды разделились относительно недавно, учёные обнаружили феромон, который производят только самцы двух северных подвидов, тогда как самцы южных подвидов его не производят.

«Самки северных подвидов предпочитают самцов, производящих этот запах, и таким образом избегают спаривания с самцами южных подвидов», — говорит старший автор исследования Маркус Кнадэн. Удивительно, но самки южных подвидов также могли обнаружить этот феромон, но всё равно выбирали правильных самцов, даже если феромон их северных сородичей наносили на самцов их же подвида. Они, по-видимому, игнорировали запах и придавали большее значение специфической брачной песне своего подвида. Для самок северных подвидов, напротив, брачная песня самца была гораздо менее важна, чем правильный запах.

Все четыре подвида используют дополнительный половой феромон в качестве брачного сигнала. Исследователи показали, что это химическое соединение воспринимается не как обонятельный сигнал, а через вкусовые клетки на передних лапках мух. Интересно, что этот феромон, который передаётся от самца к самке во время спаривания, действует как антиафродизиак на других самцов и предотвращает повторное спаривание оплодотворённых самок до откладки яиц. Таким образом, передавая этот феромон, самец может обеспечить своё отцовство.

Ольфакторный рецептор, ответственный за реакцию самок на половые феромоны, идентифицирован с помощью CRISPR-Cas9

Помимо химического анализа и поведенческих экспериментов, учёные исследовали, какие области мозга мухи реагируют на феромоны во время спаривания.

«Технология CRISPR-Cas9 позволила нам идентифицировать и даже «заглушить» обонятельные каналы, лежащие в основе полового поведения у Drosophila mojavensis. Это помогло нам разгадать давнюю загадку барьеров изоляции, ответственных за эволюцию четырёх подвидов», — говорит ведущий автор исследования Мохаммед Халлаф.

Исследователи наблюдали, что активация обонятельного рецептора Or65a вызывает восприимчивость самок у одного из подвидов D. mojavensis. Интересно, что тот же рецептор существует у хорошо изученного модельного вида Drosophila melanogaster, но там он оказывает противоположный эффект: у D. melanogaster Or65a опосредует снижение привлекательности полового феромона других самцов для уже спарившихся самок.

Эволюция половых феромонов всё ещё хранит много загадок. Новый запаховый сигнал, производимый одним полом, должен также восприниматься и правильно интерпретироваться другим. В случае двух южных подвидов Drosophila mojavensis один половой феромон был утрачен в ходе эволюции, в то время как другому сигналу — брачной песне самцов — был придан более высокий приоритет.

«Сейчас мы идентифицируем потенциальные феромоны у большого количества мух. Чтобы лучше понять эволюцию феромонов в целом, нам нужно внимательнее изучить другие случаи, когда появляются новые феромоны или когда небольшие химические изменения у близкородственных видов могут привести к видообразованию», — объясняет дальнейшие планы исследований Билл Ханссон, глава департамента эволюционной нейроэтологии.

Несмотря на сложность изменений в производстве, обнаружении и интерпретации брачных сигналов, которые не всегда происходят согласованно в ходе эволюции новых видов, одно можно сказать наверняка: самки всегда находят правильных самцов, а именно самцов своего (под)вида. Поддадутся ли они мужскому запаху или очарованию песни — кажется, преимущество в том, чтобы тщательно взвешивать все доступные подсказки.