Запах вида: происхождение яблонной мухи
Яблонные мухи с середины XIX века привлекают внимание учёных как увлекательный пример видообразования. Переписка между Чарльзом Дарвином и Бенджамином Уолшем, наблюдавшим яблонных и боярышниковых мух в Северной Америке, положила начало изучению этого вопроса в эволюционной биологии. Когда поселенцы завезли в регион яблони, что произошло с боярышниковыми мухами, заставив их за последние 300 лет переключиться на это новое растение-хозяин?
Продолжая 160-летнее исследование происхождения яблонной мухи, международная команда учёных опубликовала свою работу в Proceedings of the Royal Society B. Исследователи из Национального центра биологических наук, Университета трансдисциплинарных наук о здоровье и технологий, Университета Нотр-Дам, Свободного университета Берлина и Института химической экологии Макса Планка изучали нейрологические процессы, лежащие в основе ключевых поведенческих изменений у яблонной мухи: предпочтения нового растения-хозяина и выбора партнёра. Эти изменения способствовали быстрому переходу от боярышниковых мух к новой расе мух, поражающих яблони.
Боярышниковые и яблонные мухи — насекомые-специалисты, питающиеся только определённым плодом (ягодами боярышника или спелыми яблоками). Они также спариваются на плодах или рядом с ними и откладывают в них яйца. Интересно, что каждое поколение мух проявляет специфическое предпочтение к запаху своего плода-хозяина и сильное отвращение к запаху чужого плода.
Используя записи электрической активности и визуализацию мозга мух, команда обнаружила, что обе расы используют одни и те же области мозга для обработки запахов, но меняют места их обработки. То есть область, где яблонные мухи обрабатывают основной яблочный запах (бутилгексаноат), совпадает с областью, где боярышниковые мухи обрабатывают основной запах боярышника (3-метил-1-бутанол), и наоборот. Таким образом, локализация предпочтения и отвращения к фруктовым запахам остаётся неизменной, а обрабатываемые там запахи — инвертированы.
Учёные смогли локализовать конкретную точку, где возникает это различие: первый синапс обонятельной системы, называемый антеннальной долей. «Самым удивительным для меня было увидеть, насколько чётко различается обработка обонятельной информации у рас, поражающих яблоню и боярышник», — говорит первый автор исследования Шайен Тейт.
Простой сдвиг в обработке важной сенсорной информации может быть основным фактором, способствующим биологическому разнообразию. «Мы наблюдаем сам процесс видообразования», — отмечает эксперт в области эволюционной биологии Джеффри Л. Федер.
«Самое замечательное для меня — это простота переключения: эти мухи просто изменили свой разум вместе со своим видом. Такой тонкий сдвиг в обработке важной сенсорной информации в мозге может способствовать изменению поведения, которое помогает движению их эволюции в сторону новых видов», — объясняет Шэннон Олссон.
Это открытие имеет важное значение для понимания того, как животные, например насекомые, могут быстро адаптироваться и менять поведение в новых условиях, будь то инвазивные виды или изменения климата и землепользования под влиянием человека.