Как изменение обоняния у яблонной мухи может вести к образованию нового вида
Примерно 180 лет назад некоторые мухи-пестрокрылки, питавшиеся боярышником на восточном побережье Северной Америки, уловили запах плодов яблони — недавно завезённой в регион из Европы — и нашли его привлекательным. Сегодня, спустя почти 2 века, мухи эволюционировали в две отдельные «расы». Одна, называемая мухами боярышника, предпочитает откладывать яйца на плоды местного североамериканского боярышника, а другая, называемая яблонной мухой, атакует посевы культурных яблонь. Яблонная муха в настоящее время является одной из главных угроз для производства яблок на северо-востоке США и в Канаде.
Учёные из Университета Нотр-Дам (США) и Национального центра биологических наук (NCBS, Бангалор) выяснили ключ к пониманию этого расхождения. Их исследование указывает, что крошечное изменение в связях двух каналов в мозге — одного для обнаружения запахов боярышника, а другого для запахов яблока — могло стать основной причиной смены предпочитаемого растения-хозяина.
Мухи боярышника и яблонные мухи считаются двумя расами комплекса видов Rhagoletis pomonella. Эти мухи — классический пример процесса симпатрического видообразования, при котором новые виды эволюционируют в одном географическом регионе из общего предкового вида. Две расы мух поддерживают отдельные популяции на основе предпочитаемых растений-хозяев, которые они обнаруживают по запаху: яблонные мухи предпочитают запах яблока, а мухи боярышника — запах плодов боярышника.
Впервые в этом исследовании учёные изучили сенсорные различия между двумя популяциями в процессе дифференциации в отдельные виды. Чтобы понять, как возникли эти предпочтения, они начали с изучения реакции нервных клеток на антеннах (усиках) мух на запахи разных плодов.
Команда идентифицировала 28 классов обонятельных сенсорных нейронов (OSNs), реагирующих на разные комбинации запахов. Среди них была небольшая группа OSNs, реагирующих на ключевые химические вещества из яблока и боярышника. Предыдущие исследования определили два наиболее важных для привлечения мух вещества: бутилгексаноат в запахе яблока и 3-метил-1-бутанол в запахе боярышника.
Тестируя эту небольшую группу нервных клеток, исследователи обнаружили удивительную закономерность. Всего две пары OSNs, расположенные в одной области антенны мухи, могут быть причиной специфических предпочтений яблонных мух и мух боярышника.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the Royal Society B, по сути, предполагают, что крошечное изменение в «проводке» двух каналов в мозге — одного, кодирующего обнаружение запаха боярышника, и другого — запаха яблока, — могло создать изменение в предпочтении растения-хозяина. Это изменение поведенческого предпочтения заложило начало видообразованию, поддерживая разделение популяций.
«Наша работа значима тем, что показывает: даже для такого сложного поведения, как выбор хозяина, крошечные изменения в нервной системе могут иметь драматические последствия для вида даже в эволюционных масштабах времени», — говорит Шеннон Олссон из NCBS.