Уловимый запах эволюции: как насекомые перешли на растительную диету

Исследователи из Университета Аризоны выявили генетические, физиологические и поведенческие изменения, позволившие виду насекомых радикально изменить образ жизни в ходе эволюции.

Переход к растительноядности — редкое и сложное эволюционное событие. Хотя травоядные насекомые составляют половину всех известных видов, этот переход произошел лишь в одной трети отрядов. Это указывает на то, что смена диеты случалась редко, но когда происходила, давала мощный толчок видообразованию.

Почему растения — сложная цель?

Растения выработали защиту: шипы, жесткие покровы и химические соединения, делающие их ткани несъедобными или токсичными. Насекомым-фитофагам пришлось стать узкоспециализированными «паразитами», часто проводящими весь жизненный цикл на растении-хозяине.

Модельный объект: мушка Scaptomyza flava

Ученые исследовали вид Scaptomyza flava — близкого родственника плодовой мушки Drosophila melanogaster. В отличие от дрозофил, питающихся гниющими фруктами, самки S. flava:

  • Находят здоровые растения семейства капустных.
  • Прокалывают листья, пьют сок и откладывают в них яйца.
  • Их личинки прогрызают в листьях ходы, иногда убивая растение.

Ключевые изменения: от запаха дрожжей к запаху травы

С помощью электрофизиологических записей с антенн насекомых и поведенческих тестов выяснилось:

  1. Утрата привлекательности дрожжей: S. flava не реагирует на запах дрожжей, который сильно привлекает D. melanogaster. Соответствующие обонятельные гены у S. flava утрачены.
  2. Приобретение чувствительности к растениям: S. flava высокочувствительна к летучему соединению, отвечающему за запах свежескошенной травы (характерному для листовых растений).

Эволюция обонятельных генов

  • Предпочтение дрожжей и продуктов брожения (как у D. melanogaster) считается более древним состоянием.
  • У S. flava, перешедшей к фитофагии за последние 20 млн лет, обнаружена группа генов обонятельных рецепторов, претерпевших необычно много изменений в последовательности. Это указывает на дарвиновскую эволюцию, изменившую функцию этих генов.

Практическое значение

Изучение таких эволюционных переходов важно для понимания и контроля вредителей:

2015-01-28