Мухи мира переходят на вегетарианство

Мухи-микрофаги из как минимум трёх разных регионов мира недавно эволюционировали в травоядных, питаясь одними из самых токсичных растений на Земле. Учёные-эволюционные биологи Ноа Уайтмен и Ричард Лапуант пытаются выяснить, какие генетические пути привели мух к столь серьёзной смене образа жизни.

Представители семейства Drosophilidae, обитающие в разных частях планеты, эволюционировали в строгих вегетарианцев с опасным рационом из растений, смертельных для большинства других организмов. Ранее они питались дрожжами с поверхности листьев и лесной подстилки почти 80 миллионов лет.

С грантом National Geographic Research and Exploration учёные исследуют эволюционный скачок к травоядности, который произошёл независимо как минимум три раза у разных видов в Северной Америке, на Гавайях, в Австралии и Папуа — Новой Гвинее. Их исследование недавно попало на обложку журнала Genome Biology Evolution.

Интродуцированные мухи уже стали сельскохозяйственными вредителями в Новой Зеландии и Великобритании. По словам Уайтмена, они потенциально могут атаковать растения семейства крестоцветных (например, канолу) в США, что важно для производства биотоплива.

Хотя эти мухи относятся к одному семейству, эволюционное расстояние между ними сопоставимо с расстоянием между человеком и мышью. Переход к травоядности — это крупный эволюционный скачок, произошедший относительно недавно. Понимание генетических путей, которые мухи используют для детоксикации растений, может помочь в защите сельскохозяйственных культур или в разработке новых фармацевтических антитоксинов.

Диета, богатая токсинами

Особый интерес вызывает тот факт, что все растения, которые едят эти мухи, ядовиты:

• Мухи в южной части Тихого океана едят папоротник-орляк, содержащий цианогенные соединения, смертельные для большинства организмов.
• Гавайские мухи колонизировали местные папоротники.
• Североамериканские мухи перешли на питание горчичными растениями, также крайне токсичными для большинства насекомых.

У мух было 70 миллионов лет, чтобы адаптироваться к алкоголю в дрожжах, но лишь 5–15 миллионов лет — к токсинам этих растений. Учёные задаются вопросом: лежит ли в основе этого скачка общий набор генетических изменений?

Конвергентные фенотипы

Похоже, что да, поскольку мухи из разных регионов демонстрируют конвергентные фенотипы — схожие физические структуры, указывающие на сходные генетические изменения. Яркий пример — яйцеклады (ovipositors) самок. Травоядным мухам необходимо прорезать лист, чтобы отложить яйца, поэтому у всех у них есть крупные зазубренные яйцеклады, похожие на пилу, в отличие от «тупых» яйцекладов хищных мух.

Поиск иголки в стоге сена

Для дальнейших исследований Уайтмен и Лапуант планируют собрать личинок и взрослых особей в Австралии и на Гавайях, как травоядных, так и хищных. Однако сначала им предстоит найти этих мух, что является сложной задачей:

• Популяции могут быть малочисленными или даже вымершими из-за конкуренции с инвазивными видами, например, жуками.
• Места сбора, описанные в старой литературе, могли измениться (например, полуактивный шлаковый конус на Гавайях).
• Взрослых особей сложно поймать на стандартную приманку, так как у самцов ротовые органы видоизменены в «бивни» для драк, и неизвестно, питаются ли они вообще во взрослой стадии.

Учёным придётся искать мух с помощью сачков с последующей ручной сортировкой или вскрывая вайи папоротников в поисках личинок внутри. Как говорит Уайтмен: «Это будет похоже на поиск иголки в стоге сена. Но я думаю, что мухи там есть».