Учёные обнаружили систему распознавания видов у плодовых мух

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) обнаружили сенсорную систему на передних лапках самцов плодовых мух (D. melanogaster), которая позволяет им определить, принадлежит ли потенциальная партнёрша к другому виду. Это решает центральную проблему эволюции — как животные одного вида понимают, что не должны спариваться с животными других видов.

Ключевую роль играет хеморецептор Gr32a, расположенный на сенсорных нейронах передней лапки самца. «В природе эта сенсорная система предотвращает появление гибридов, которые могут не выжить или не дать потомства, тем самым помогая виду сохранить свою идентичность», — пояснил старший автор работы, доцент анатомии UCSF Нирао М. Шах (Nirao M. Shah, MD, PhD).

Перед спариванием самец приближается к самке и многократно постукивает её по боку передней лапкой. «Делая это, он использует Gr32a, чтобы обнаружить или, фактически, «попробовать на вкус» неприятные восковые химические вещества на кутикуле (внешнем покрове) особей других видов», — сказал соавтор Девананд С. Маноли (Devanand S. Manoli, MD, PhD). Если потенциальная партнёрша принадлежит к другому виду и Gr32a активируется, брачный ритуал прекращается немедленно, даже если самец никогда раньше не встречал самку другого вида.

Исследователи также обнаружили, что прямая активация нейронов Gr32a у самца подавляет ухаживание за самками других видов. «Эти и другие данные показывают, что нейроны Gr32a необходимы (наличие этого вкусового рецептора) и достаточны (их активность), чтобы предотвратить ухаживание самцов за самками других видов», — отметил Маноли.

Поразительно, что Gr32a опосредует отвержение широкого спектра видов плодовых мух, чей последний общий предок с D. melanogaster существовал от 2 до 40 миллионов лет назад. Самцы D. melanogaster, лишённые Gr32a, будут пытаться спариваться с мухами других видов, даже если те в 2–3 раза крупнее и выглядят иначе для неопытного человеческого глаза. Конечно, эти другие виды отвергают такие попытки.

То же поведение наблюдается, если хирургически удалить участок передней лапки с нейронами Gr32a. «Мы также видим это у видов, близкородственных D. melanogaster, но не у более отдалённого вида D. virilis. Возможно, D. virilis использует другой механизм для распознавания других видов», — сказал Маноли.

Ещё одно открытие: нейроны в мозге мухи, экспрессирующие мужские версии гена fruitless, по-видимому, связаны с этими сенсорными нейронами Gr32 на передней лапке. «Таким образом, мы начали определять не только сенсорный путь, но и центральные компоненты нейронной цепи, которая активируется, когда самец встречает особь другого вида», — сказал Шах.

Интересно, что самцы используют «схожий, но не идентичный» механизм, чтобы подавлять ухаживание за другими самцами своего вида. «Эта система включает дополнительные хеморецепторы и нейронные пути, что логично, поскольку другие самцы вашего вида могут конкурировать с вами за пищу, территорию и партнёров», — пояснил Шах.

Учёные были удивлены, обнаружив, что хотя у самок D. melanogaster есть нейроны, экспрессирующие Gr32a, они не используют их для отвержения самцов других видов. «В этом есть интуитивный смысл. Самцы и самки развили разные системы для отвержения потенциальных партнёров из других видов, потому что у них разные биологические потребности в размножении. Самки вкладывают гораздо больше энергии в производство потомства», — отметил Шах.

Маноли добавил, что у других животных могут быть эквивалентные механизмы для распознавания особей других видов, но они будут специфичны для их экологических ниш. Например, грызуны, как и мухи, в основном используют обоняние, некоторые виды рыб — электрические импульсы, а многие приматы, включая человека, полагаются на визуальные и слуховые сигналы.

Следующим шагом для команды Шаха является исследование, используют ли другие виды плодовых мух Gr32a для распознавания своих и чужих. «Мы хотим выяснить, сохраняется ли эта система у родственных видов», — сказал он.

Исследование опубликовано онлайн в журнале Cell 27 июня 2013 года.