Ученые теперь понимают, как некоторые животные могут питаться живописными оранжевыми бабочками-монархами, которые с головы до брюшка наполнены токсинами растений молочая.
В достаточно высоких концентрациях молочай может убить лошадь или человека. Чтобы иметь возможность есть это растение, монархи развили ряд необычных клеточных мутаций. Новое исследование Калифорнийского университета в Риверсайде показывает, что животные, которые охотятся на монархов, также развили те же самые мутации.
Статья в журнале Current Biology, опубликованная сегодня, описывает исследование, которое выявило эти мутации у четырех типов хищников-монархов - птицы, мыши, осы-паразита и червя.
«Примечательно, что параллельная эволюция происходила на молекулярном уровне у всех этих животных», - сказал биолог-эволюционист UCR и руководитель исследования Саймон «Нильс» Гроен. «Токсины растений вызвали эволюционные изменения как минимум на трех уровнях пищевой цепи!»
Токсины молочая воздействуют на часть клеток животных, называемую натриево-калиевой помпой, которая способствует сердцебиению и возбуждению нервов. Это настолько важно для людей, что наши тела используют треть всей энергии, которую мы вырабатываем из пищи, для питания этого насоса. Когда большинство животных едят молочай, насос перестает работать.
Два года назад Гроен и его коллеги написали об изменениях аминокислот в трех местах помпы, которые не только позволяют бабочкам-монархам потреблять молочай, но и накапливать токсины молочая в своем организме для защиты от атак. Команда Гроэна произвела те же аминокислотные замены у плодовых мушек, которые затем стали такими же устойчивыми к молочаям, как монархи.
«Это было очень давнее наблюдение естественной истории о том, что птицы и мыши являются важными хищниками-монархами», - сказал Гроен. «Но в 1970-х не было средств выяснить, что позволило им добиться успеха в этом. Теперь, с секвенированием генома, мы можем».
Исследователи взяли информацию о последовательности ДНК из баз данных для различных птиц, ос и червей-нематод, чтобы увидеть, произошли ли у кого-либо из них аминокислотные изменения в их натриевых насосах. Одно из четырех животных, у которых команда обнаружила насосные мутации, включает черноголового дубоноса, который ежегодно съедает до 60% бабочек-монархов во многих колониях..
Неясно, существуют ли дополнительные приспособления, помогающие дубоносу и другим хищникам-монархам справляться с токсинами. Гроен планирует изучить этот вопрос в будущих исследованиях.
Времени, чтобы узнать клеточные секреты бабочек, может не хватить. По оценкам экспертов, популяция монархов резко сократилась: примерно с 500 миллионов в начале 1990-х годов до 100 миллионов в настоящее время.
«Изменение климата угрожает мексиканским лесам, куда они мигрируют каждую зиму для спаривания, и по мере того, как стая бабочек становится все меньше, они становятся легкой добычей для птиц и мышей», - сказал Гроэн.