Такие авторы, как Ян Кизи, Маркус Кнаден и Билл Ханссон, наблюдали различное поведение в более ранних исследованиях чернобрюхой уксусной мухи Drosophila melanogaster и вишневой уксусной мухи Drosophila suzukii, относительно нового вредителя в Центральной Европе: D. melanogaster чаще привлекает только запах пищи, D. Зрение suzukii также играло важную роль в поиске пищи. Эти поведенческие предпочтения также отражались в различных размерах соответствующих органов чувств. Основываясь на этом наблюдении, ученые выдвинули гипотезу о том, что различия в зрении и обонянии являются результатом так называемого компромисса. С помощью этого термина биология описывает, когда полезное изменение одного признака связано с вредным изменением другого признака при адаптации к окружающей среде. В случае рода Drosophila такой компромисс, по-видимому, имеет место в выражении органов зрения и обоняния.
Чтобы проверить свою гипотезу компромисса, исследователи изучили формы и функции глаз и антенн, а также связанные с ними зрительные и обонятельные структуры мозга в общей сложности у 62 видов дрозофил: «Род дрозофилы предложил нам много больше различий в сенсорном выражении, чем мы ожидали, в пределах одной близкородственной группы насекомых. И действительно, у видов с большими глазами были маленькие носы или усики, в то время как виды с большими усиками имели пропорционально меньшие глаза», - говорит ведущий автор Ян Кизи. Размер органов чувств, в свою очередь, отражает предпочтения, связанные с выбором растения-хозяина или партнера. Большеносые мухи чаще используют обонятельные сигналы, в то время как большеглазые мухи чаще следуют визуальным сигналам.
Подробный анализ глаз и усиков выявил весь спектр компромисса между зрением и обонянием: мы обнаружили виды, которые инвестировали в основном в зрение, виды, у которых зрение и обоняние примерно равны, и виды, которые полагаются на в первую очередь благодаря их обонянию, но ни у одного из изученных видов не было одновременно больших глаз и больших усиков», - объясняет Маркус Кнаден. Для своего анализа исследователи реконструировали первичные сенсорные структуры мозга, которые играют роль в зрении и обонянии, включая оптические и антеннальные доли. Кроме того, они использовали микроскопию высокого разрешения, чтобы поближе изучить органы чувств различных видов мух. «Одна из причин, по которой животные должны выбирать хорошо развитую обонятельную систему или зрение, может заключаться в том, что в эмбриональном развитии оба органа чувств возникают из одной и той же структуры с ограниченным числом ядер. Конкуренция за ресурсы, которая решает, какой из двух органов чувств более выражен, таким образом, происходит на очень ранней стадии развития», - говорит Билл Ханссон, заведующий кафедрой эволюционной нейроэтологии.
Важным открытием исследования является то, что генетические черты связаны между собой. Изменение одного признака может иметь большое влияние на организм. Однако некоторые свойства изменить сложнее, особенно когда они связаны друг с другом. «Удивительно, что два столь хорошо изученных чувства, такие как зрение и обоняние, имеют обратную корреляцию. Теперь мы подозреваем, что существует эволюционное давление, заставляющее насекомых отдавать предпочтение глазам или носу», - говорит Ян Кизи.
Своим исследованием ученые хотят открыть новые возможности в так называемом исследовании Eco-Evo-Devo. Эта область исследований основана на предположении, что концепции экологии (эко), эволюции (эво) и биологии развития (дево) тесно связаны, и понимание экологических отношений также требует знаний об эволюции и развитии, и наоборот. Хотя геномные данные доступны для многих видов, знания об их экологии часто отсутствуют. «Эти компромиссы, особенно в генетических модельных организмах, дают возможность определить механизмы того, как экология и эволюция формируют мир природы», - говорит Ян Кизи.
Ученые также хотят побудить другие исследовательские группы не рассматривать только хорошо известную Drosophila melanogaster, а включить в свои исследования больше видов этого рода. Все обширные наборы данных этого исследования доступны в базе данных Макса Планка, Эдмонд, и исследователи могут использовать их для сравнения с другими видами дрозофилы всего рода.