Бабочки-монархи полагаются на температурно-чувствительный внутренний таймер во время зимовки
Миллионы североамериканских бабочек-монархов ежегодно находят одни и те же места зимовки в лесах центральной Мексики и на побережье Калифорнии. Добравшись туда, они проводят несколько месяцев в диапаузе — гормонально контролируемом состоянии покоя, способствующем выживанию зимой.
За несколько недель до того, как потепление и удлинение дня сигнализируют о времени для спаривания и весенней миграции на север, у монархов срабатывает внутренний таймер, как будильник, выводя их из диапаузы.
Биолог Мичиганского университета Д. Андре Грин предположил, что холодные температуры влияют на этот таймер, завершающий диапаузу. Его исследование на местах зимовки в центральной Калифорнии подтвердило это, а анализ экспрессии генов помог объяснить механизм.
Ключевой вывод: Холодная температура, которая обычно замедляет метаболизм и развитие организма, ускоряет завершение диапаузы у монархов.
Методология исследования:
- Самок монархов отлавливали в природе в ноябре 2015 года после входа в диапаузу.
- В лаборатории их содержали в условиях, имитирующих ноябрь в Калифорнии: 10 часов света при ~17°C и 14 часов темноты при ~10°C.
- Дополнительных бабочек отлавливали в дикой природе в декабре и январе и доставляли в лабораторию.
- Репродуктивную зрелость (показатель выхода из диапаузы) оценивали по количеству зрелых яиц у самок.
Результат: Особи, отловленные в декабре в дикой природе, показали большее развитие репродуктивной системы по сравнению с особями, содержавшимися в лаборатории с ноября. Это указало, что условие среды — холод — ускорило внутренний таймер.
Генетический анализ показал, что в основе механизма таймера могут лежать:
- Транзиторные метки на гистонах (белках, вокруг которых намотана ДНК), контролирующие экспрессию генов.
- Кальциевая сигнализация в голове бабочки, потенциально связывающая накопление криопротектантов в холодную погоду с работой таймера.
Значение для сохранения вида:
- Понимание того, как факторы среды влияют на динамику диапаузы, критически важно для объяснения сокращения популяции монархов в Северной Америке и для будущих мер по их сохранению.
- Монархи могут стать важным видом-индикатором для мониторинга изменений и нарушений среды на местах зимовки.
- Слишком раннее завершение диапаузы может лишить бабочек защитного периода покоя.
Исследование поддержано National Science Foundation, U.S. Fish and Wildlife Service и National Institutes of Health. Результаты опубликованы в журнале Molecular Ecology.