Международная группа ученых, работающая с бабочками Heliconius в Смитсоновском институте тропических исследований (STRI) в Панаме, столкнулась с загадкой: как пары неродственных бабочек от Перу до Коста-Рики имеют почти одинаковый окрас крыльев снова и снова? Ответ, опубликованный в журнале Current Biology, навсегда меняет представление об эволюции.
«Наша команда первой сообщила, что, хотя эволюция схожих цветовых узоров у Heliconius может быть обусловлена схожими силами - например, хищниками, избегающими определенного вида бабочек - путь к такому результату непредсказуем», - сказала Каролина. Конча, ведущий автор статьи и научный сотрудник STRI.«Это действительно удивило нас, потому что показывает важность истории и случая в формировании генетических путей, ведущих к мимикрии с крыльями бабочки».
Яркие цвета крыльев Heliconius сигнализируют хищникам о том, что бабочки ядовиты. Яркие узоры крыльев самцов сигнализируют самкам, что они выбирают правильный вид для спаривания. Каким-то образом эти две силы, хищничество и спаривание, приводят к сходному рисунку крыльев у групп бабочек, изолированных в горных долинах и предгорьях Анд. Уничтожив один ген, называемый WntA, у 12 различных видов и их вариантов, молекулярные биологи из команды смогли определить, используют ли пары бабочек с одинаковым рисунком крыльев одни и те же генетические пути для окраски и рисунка своих крыльев. Их не было.
«Представьте, что две команды, получившие одинаковые блоки Lego, должны построить одно и то же устройство», - сказал Арно Мартин, соавтор и глава лаборатории Butterfly Evo-Devo в Университете Джорджа Вашингтона.«Каждая команда решает задачу по-своему, но в итоге результат один. Бабочки сталкиваются с гораздо более серьезными проблемами: они строят структуры из чешуек крыльев, которые необходимы для их выживания и способности к размножению».
Вопросы, касающиеся мимикрии бабочек, интересовали биологов на протяжении десятилетий, но технологии выборочного удаления одного гена в живом организме не существовало до пяти лет назад. Теперь, благодаря редактированию генов CRISPR/Cas 9, становится намного проще возиться с генетическим кодом. Когда исследователи отключают основной ген формирования рисунка, такой как WntA, он изменяет микроскопическую структуру и цвет чешуек, из которых состоит крыло бабочки, и, как следствие, меняется рисунок. Исследование поднимает ряд вопросов, например, как WntA взаимодействует с другими генами, чтобы в конечном итоге получить область красного или черного цвета. Теперь команда хочет знать, как контролируется ген WntA.
«Мы узнали, что, хотя ген развития (WntA) может играть важную роль в эволюции большинства цветовых узоров крыльев бабочки, его точное использование для окраски крыльев бабочки не является полностью предсказуемым», - сказал Риккардо Папа, соавтор. - автор и профессор Университета Пуэрто-Рико.«Отдельные виды с одинаковым рисунком крыльев, такие как комиметические бабочки, могут эволюционировать, используя разные молекулярные стратегии. Представьте, что одни и те же ноты играют на разных инструментах!»
«Некоторые люди говорят, что Панама была местным словом, означающим изобилие бабочек», - сказал Оуэн Макмиллан, штатный научный сотрудник и руководитель лаборатории экологической геномики в STRI. «Смитсоновские лаборатории в Гамбоа, безусловно, являются одним из лучших мест в мире, где можно понять, как развиваются бабочки, и мы надеемся, что вдохновленные исследователи присоединятся к нам, поскольку мы продолжаем задавать вопросы об этих невероятно красивых существах».