Эволюция работала с одними и теми же генами на протяжении 120 млн лет

Учёные из Йоркского университета и Института Уэллкома Сангера выявили генетический механизм, который сохраняется у бабочек и мотыльков со времён динозавров.

Международная группа исследователей пришла к выводу, что эволюция использовала один и тот же набор генетических инструментов более 120 миллионов лет. Это может говорить о том, что закономерности изменений живых организмов на Земле более предсказуемы, чем считалось ранее.

Результаты работы опубликованы в журнале PLoS Biology. Исследование основано на анализе нескольких видов бабочек и мотыльков из тропических лесов Южной Америки. Несмотря на большое эволюционное расстояние между ними, эти насекомые имеют почти одинаковые цветовые узоры на крыльях, предупреждающие хищников об опасности.

Специалисты из Йоркского университета и Института Уэллкома Сангера вместе с коллегами из стран Южной Америки изучили семь отдалённо родственных линий чешуекрылых. Их целью было определить гены, отвечающие за такие модели мимикрии.

Выбор видов был связан с тем, что все они ядовиты и несъедобны для птиц. Их крылья имеют схожие цвета и рисунки, которые служат сигналом для хищников. Такой узор означает, что насекомое опасно и не подходит в пищу.

Когда птица запоминает этот предупреждающий сигнал, другие виды с похожей окраской получают преимущество, поскольку риск нападения на них снижается.

Исследование показало, что, хотя семь линий разошлись десятки миллионов лет назад, они использовали одни и те же два гена — ivory и optix — для формирования предупреждающих рисунков на крыльях.

Сходство оказалось связано не только с самими генами, но и с механизмом их регулирования. Учёные установили, что различия в окраске возникают не в кодирующих участках генов ivory и optix, а в похожих молекулярных «переключателях». Они определяют, когда и где эти гены включаются во время развития крыла.

Особенно интересный пример исследователи обнаружили у одного из видов дневных мотыльков. Это насекомое использует хромосомную инверсию — участок ДНК меняет своё исходное положение на противоположное. Такой способ даёт тот же результат, что и у изученного вида бабочек.

Учёные отметили, что этот генетический приём почти совпадает с механизмом, найденным у бабочек, хотя линии бабочек и мотыльков развивались отдельно ещё с мелового периода.

Один из ведущих авторов исследования, профессор кафедры биологии Йоркского университета Канчон Дасмахапатра, пояснил, что конвергентная эволюция широко распространена в природе. При этом у учёных редко появляется возможность настолько подробно изучить её генетическую основу.

По словам Дасмахапатры, анализ семи линий бабочек и одной дневной моли показал, что эволюция может быть удивительно предсказуемой. Бабочки и мотыльки неоднократно использовали одни и те же генетические способы для появления похожих узоров на крыльях со времён динозавров.

Соавтор работы Джоана Мейер из Института Уэллкома Сангера отметила, что токсичность этих видов объясняет давление отбора, поддерживающее сходство окраски. Поскольку птицы запоминают определённый рисунок как сигнал опасности, другим видам выгодно иметь такие же предупреждающие цвета.

Мейер подчеркнула, что эти признаки, по-видимому, являются особенно удачными с точки зрения эволюции. Им относительно легко развиваться благодаря древней и хорошо сохранившейся генетической основе, существующей около 120 миллионов лет.

Авторы считают, что значение исследования выходит за рамки южноамериканских чешуекрылых. Полученные данные показывают, что природа может следовать определённым путям, а эволюционные изменения не всегда являются полностью случайными.

Это может помочь биологам прогнозировать, как другие виды будут реагировать на изменения среды или глобальные процессы, включая изменение климата. Если некоторые эволюционные пути повторяются на протяжении десятков миллионов лет, учёные могут строить предположения о будущих адаптациях организмов.

Исследователи также подчеркнули важность сохранения биоразнообразия Амазонии и связанных с ней экосистем. Эти регионы служат не только средой обитания множества видов, но и живой лабораторией, где можно изучать устойчивые правила эволюции.

Повторное использование одних и тех же генетических «переключателей» у линий, разделённых более чем 100 миллионами лет, говорит о том, что некоторые морфологические решения глубоко заложены в устройстве генома. Это показывает, что эволюция опирается на ограниченный набор молекулярных механизмов, доказавших свою эффективность на протяжении геологических эпох.

Рекомендуем также:

1. Лазанья больше не нужна — есть вариант вкуснее: рулетики из лаваша с фаршем исчезают со стола мгновенно
2. Добавляю всего одну ложку в лунку — и томаты будто на дрожжах: кусты крепкие, завязей столько, что не сосчитать
3. Клубника отблагодарит за правильный уход: что важно сделать в начале мая для максимального урожая
4. Слепила из того, что было: картошка с творогом — и через 15 минут на столе целая тарелка пирожков
5. Мужчины теряют голову без объяснений: какие 5 знаков Зодиака обладают самой сильной и притягательной женской энергией