Бабочка Атала (Eumaeus atala) и ее пять ближайших родственников из рода Eumaeus любят демонстрировать свою токсичность. Токсичность этого секстета связана с тем, что они едят как гусеницы: растения, называемые саговниками, которые существовали еще до того, как динозавры бродили по Земле, и содержат мощный токсин для печени, называемый сиказином.
Из-за того, что они наполнены ядом, Эвмеи большие, безвкусно переливающиеся и болтаются, как будто им некуда идти. Даже их гусеницы бросаются в глаза, они собираются в группы, чтобы жевать растения саговника, и при этом имеют ярко-красную и золотую окраску. Все их показные качества сигнализируют хищникам, что они не являются хорошей едой; в природе токсичность защищает организмы от нападения, если их хищники знают об этом.
Теперь новое исследование под руководством куратора бабочек Смитсоновского национального музея естественной истории Боба Роббинса рассказывает эволюционную историю о том, как эти шесть ядовитых бабочек обрели свою токсичную защиту, а также яркие цвета и поведение, которые говорят о том, что все -быть хищниками, чтобы держаться подальше.
«У бабочек нет зубов или когтей, чтобы защитить себя», - сказал Роббинс. «Но они используют свой цвет крыльев и поведение в полете как сигнал хищникам о своих неприятных качествах, иногда обманчиво, а иногда правдиво, как в случае с Евмеем. С новообретенной способностью секвенировать геномы с относительной легкостью у нас есть возможность впервые рассмотреть это во всех подробностях».
Доклад, опубликованный в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 8 февраля, опирается на 46 секвенированных геномов бабочек, включая все шесть членов Eumaeus и ряд членов 1000 бабочек. -сильная группа бабочек, с которой связан Евмей - полоски волос.
Полосы волос широко распространены в Северной и Южной Америке, и почти все они мелкие, уклончивые и невзрачные. Их гусеницы, которые обычно питаются разнообразной пищей из цветущих растений, обычно хорошо замаскированы и не собираются группами. Ранги Евмея - заметные исключения; настолько, что в течение многих лет некоторые исследователи предполагали, что Эвмей вообще не может быть прядью волос. Кроме того, из-за древней эволюционной истории саговников большинство ученых предположили, что шесть представителей Eumaeus развили свою толерантность к саговникам и их заметность очень давно в своей эволюционной истории.
Чтобы уладить этот вопрос, Роббинс и его коллеги около трех лет назад приступили к секвенированию геномов шести членов Евмея и множества других причесок, опираясь на множество разнообразных образцов, хранящихся в музейных коллекциях, а также на несколько образцов диких бабочек. Эти результаты окончательно показали, что бабочки Eumaeus не были древним эволюционным отходом от остальных прядей волос. На самом деле, они тесно связаны с парой довольно типичных родов, называемых Теорема и Митра..
Результаты также показали, что способность поедать ядовитые саговники была таким благом для Евмея, что вызвала безумие быстрых эволюционных изменений, которые опередили все другие полоски волос. Команда также узнала, что Евмеи разделились на две эволюционные линии после того, как они начали есть саговников, поэтому они смогли дважды проанализировать эволюционный рывок, включая заметное генетическое сходство, которое две линии имели в ответ на их новую ядовитую диету.
Когда команда начала анализировать геномы Eumaeus, они увидели поразительное количество генетических изменений в частях геномов этих бабочек, связанных с созданием различных типов белков. Чтобы выяснить, могут ли эти белки быть связаны с поеданием саговников, исследователи сравнили геномы Eumaeus с бабочками в Теореме, их ближайшими нетоксичными родственниками, у которых есть замаскированные одиночные гусеницы, которые питаются стандартным набором цветковых растений.
Theorema также имела некоторые области быстро развивающейся ДНК, которые кодировали конструкцию различных белков. Когда Роббинс и его соавторы сравнили два генома, они отбросили любые области быстрых изменений, которые пересекались между ними, чтобы, надеясь, изолировать генетические изменения, вовлеченные в борьбу с токсинами саговника..
«Конечно же, была основная группа белков, которые претерпели множество быстрых изменений в Eumaeus, но не в волосках, которые не питаются саговниками», - сказал Роббинс.«Когда мы посмотрели на функцию белков, которые быстро менялись, она была очень сильной в отношении белков, разрушающих клетки, белков, которые удаляли остатки мертвых клеток, и белков, создающих новые клетки».
Роббинс сказал, что эти белки - именно то, что нужно организму, если ему нужно будет найти способ безопасно проглотить токсин типа циказина. «Если бы токсины саговника убивали клетки с высокой скоростью, организму нужно было бы разрушать эти клетки, очищать их, а затем очень быстро создавать новые, чтобы избежать каких-либо вредных последствий», - сказал он..
Это исследование подробно описывает эволюцию токсического защитного механизма у этих шести видов бабочек и вытекающие из этого генетические последствия. Хотя появление предостерегающей окраски и ленивого полета было не так просто обнаружить в генах Евмея, они появились параллельно с изменением рациона.
Многочисленные виды бабочек эволюционировали, чтобы сделать себя менее привлекательными для хищников, поедая токсичные вещества, и Роббинс сказал, что это эволюционное описание того, как эвмеи оттачивали свою защиту, может предложить эволюционную модель того, как виды приспосабливаются к жизни с этими токсинами внутри своих организмов. тела.
Финансирование и поддержка этого исследования были предоставлены Смитсоновским институтом.