С небольшими ящиками этанола для сохранения образцов тканей для полного анализа геномной ДНК троица исследовала большие территории в горах Японии и Кореи, чтобы выяснить эволюцию скорпены. Суровые ученые решили использовать молекулярный филогенетический анализ, чтобы показать, что «альпийский» тип скорпены и «общий» тип должны быть разными видами. В конце концов, у альпийского типа крылья короче, чем у обычного типа, а самки альпийского типа также имеют очень темные и отчетливые отметины на крыльях.
Однако то, что они обнаружили в ДНК, их удивило.
Небрежно называемая скорпионом, потому что у самцов брюшко загнуто вверх и имеет форму жала скорпиона, Panorpodes paradoxus не жалят. Томоя Судзуки, постдокторский научный сотрудник факультета естественных наук Университета Синсю, отец Судзуки, эксперт по скорпионам, Нобуо Судзуки, профессор Японского женского колледжа физического воспитания и Кодзи Тодзё, профессор единственного в Японии Института горных наук, Синсю университета, смогли показать параллельную эволюцию японских скорпионов с помощью байесовского моделирования и филогенетического анализа.
Насекомые являются одними из самых разнообразных организмов на земле, и многие попадают в плен их элегантной красоты, как и ученые, посвятившие себя их изучению. Насекомые очень хорошо адаптируются к среде обитания, что делает их прекрасными объектами для изучения экологии, эволюции и морфологии. Филогенетика - это изучение истории эволюции, часто визуализируемой в виде деревьев предков. Команда изучала японскую скорпену, собирая образцы Panorpodes paradoxus по всей Японии и в некоторых частях Корейского полуострова в поисках образцов на высоте до 3033 метров над уровнем моря.
В предыдущем исследовании профессор Тодзё смог сопоставить геологические события тектонических плит в Японии, изучив ДНК насекомых из относительно небольшой области префектуры Нагано. Тестируя ДНК, они обнаружили, что различные линии происхождения совпадают с тем, как формировались наземные образования в Японии, причем некоторые виды насекомых имеют более сходный фон с таковыми на азиатском континенте..
Японский архипелаг раньше был частью материковой части Восточной Азии. Около 20 миллионов лет назад движение тектонических плит привело к тому, что японская земля оторвалась от континента. Примерно 15 миллионов лет назад японские острова были полностью отделены и изолированы от материка. Таким образом, примерно в это время предковые линии японских Panorpodes расходились с континентальными типами. Два основных фенотипа скорпионов в Японии; «альпийский» тип, который живет на больших высотах и имеет более короткие крылья, и их аналоги «обычного» типа. Предполагается, что более короткие крылья лучше подходят для более холодного климата на больших высотах. Альпийские и обычные типы также имеют несколько разные сезонные периоды, когда их можно наблюдать в дикой природе.
С помощью байесовского моделирования, которое оценивается через вероятность, было оценено время расхождения генеалогических линий. Моделирование проводилось для более чем 100 миллионов поколений. Время расхождения континентальных и японских Panorpodes оценивается в 8,44 миллиона лет назад. Формирование гор на Японском архипелаге, начавшееся около 5 миллионов лет назад, можно увидеть в предполагаемой эволюции альпийского типа P. paradoxus. Другое расчетное время эволюции совпало со временем похолодания при изменении климата. Прохладная погода является жесткой средой для насекомых и служит процессом генетического отбора. Прохладные ледниковые периоды способствовали местной адаптации скорпионов в северо-восточной части острова Хонсю.
С помощью тестов ДНК различных образцов скорпены группа смогла показать, как P. paradoxus «экоморфизировался» или эволюционировал, чтобы иметь формы и структурные особенности, адаптированные к их экологии. Эта параллельная эволюция началась около 5 миллионов лет назад, когда сформировались горные хребты в центральной Японии. Поток генов между образцами, собранными в разных горах, не обнаружен, что свидетельствует о параллельной эволюции. Интересно, однако, что между обычным и альпийским типами может происходить обмен генами, что является одним из показателей того, что они не являются разными видами.
В заключение, альпийский тип и общий тип не были отдельными видами, как они подозревали, но альпийская скорпена экоморфизировалась, что объясняет, почему они выглядели по-разному. С помощью секвенсора следующего поколения команда надеется выяснить точный момент различия. Какая генетическая основа лежит в основе альпийской экоморфы? Какой тип генов способствовал укорочению крыльев? Команда надеется изучить генетическую основу экоморфа. Для этого д-р Судзуки хочет разводить скорпионов, чтобы дополнительно выяснить различия в экспрессии генов у альпийских и обычных видов. Размножение необходимо для работы секвенатора следующего поколения, но то, чем питается личинка, и другие условия выращивания остаются загадкой. Трио надеется разблокировать каждый из этих шагов для дальнейшего выявления неизвестных аспектов японской скорпены, а также продолжить передовые исследования в Институте горных наук в Японии, Университете Синсю, который благословлен тем, что окружен Альпами на юге. сердце Японии.