Жуки-златки развили цветное зрение, дублируя гены

Яркие жуки-златки с металлическим блеском используют развитое зрение и цвет для различных форм поведения, включая поиск партнёров и растений-хозяев.

Цветовое зрение насекомых отличается от человеческого. Специальные гены позволяют многим из них видеть ультрафиолетовый (УФ) свет, а также синий и зелёный. Новое исследование под руководством Камиллы Шарки из Колледжа биологических наук изучило сложную эволюционную историю зрения жуков-златок.

Предыдущие исследования показали, что предки современных жуков утратили способность видеть синий свет около 300 миллионов лет назад, возможно, из-за перехода к ночному образу жизни. Позже, по мере диверсификации, жуки эволюционировали, создав дубликаты предковых генов, ответственных за восприятие УФ и зелёного спектра. Эти дубликаты могли развиваться дальше, открывая доступ к новым частям цветового спектра.

Чтобы проверить, позволили ли дублированные гены жукам-златкам видеть новые цвета, учёные скопировали эти гены и вставили их в плодовых мушек, заменив их обычные зрительные гены. С помощью электрофизиологии они протестировали цветовую чувствительность, которую каждый ген производил у мух, а затем с помощью 3D-моделирования белка изучили генетические изменения.

Основные выводы исследования:

• Жуки-златки развили дополнительную чувствительность к синему и оранжевому свету, дублируя и эволюционируя свои УФ и зелёные зрительные гены.
• Это обеспечивает сложную тетрахроматическую цветовую чувствительность к длинам волн УФ, синего, зелёного и оранжевого света, аналогичную чувствительности ярких птиц.
• Вновь возникшие генетические изменения, связанные с обнаружением цвета, при модификации и повторном тестировании генов не приводили к предсказанным сдвигам чувствительности.

Все изученные виды жуков-златок обладают четырьмя различными типами генов, что позволяет предположить, что все они, вероятно, имеют сложную цветовую чувствительность.

Следующим шагом, по словам Камиллы Шарки, является определение возможности предсказания конкретных типов цветового зрения по генам. Это поможет понять, как насекомые используют цветовое зрение, чтобы лучше управлять популяциями вредителей и опылителей и повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Исследователи также надеются понять молекулярную основу цветовой чувствительности жуков-златок, что заложит основу для прогнозирования цветовой чувствительности насекомых по последовательности генов.

Исследование опубликовано в журнале Molecular Biology and Evolution.