"Два месяца назад мы поздравляли себя с хорошим урожаем зимних яблок. Судя по всему, они были более свободны от червей, чем мы знали их в этом отделе в течение многих лет. Но, увы! наши надежды снова рухнули. Яблочная личинка, кажется, так же плодовита, как и прежде. Две недели назад мы перебрали двести пятьдесят бушелей яблок, которые мы собрали и заготовили на зиму, и из этого числа мы выбросили пятьдесят бушелей, большую часть которые были обесценены, а работа разрушения продолжается. Нападения яблочной личинки продолжаются, превращая мякоть яблока в простые соты, и вскоре становится необходимым еще один капитальный ремонт."
-Отрывок из ноябрьского выпуска 1866 года «Циркуляра» сообщества Онейда, опубликованного в Уоллингфорде, Соединенные Штаты Америки, как напечатано в «Яблочной личинке» Б. А. Портера
Примерно 180 лет назад некоторые плодовые мушки из боярышника на восточном побережье Северной Америки понюхали плоды на яблонях (довольно недавно завезенных в этот регион из Европы) и нашли их привлекательными. Сегодня, почти 2 века спустя, мухи превратились в два отдельных «племени». Одно племя, называемое боярышниковыми мухами, предпочитает использовать родные североамериканские плоды боярышника для откладывания яиц, в то время как другое, называемое яблоневыми мухами, нападает на посевы одомашненных яблок. Яблоневые мухи в настоящее время являются одной из самых серьезных вредителей, угрожающих производству яблок в Северо-Восточной Америке и Канаде.
Но как произошел раскол среди этих плодовых мушек?
Ключ к тому, как возникло это расхождение, был разработан учеными из Университета Нотр-Дам, США, и Национального центра биологических наук (NCBS) в Бангалоре. Их исследование показывает, что незначительные изменения в связях двух каналов в мозге - одного для обнаружения запаха боярышника, а другого для запаха яблока - могли быть основной причиной переключения фруктов-хозяев.
Боярышники и яблоневые мухи считаются двумя расами видового комплекса Rhagoletis pomonella. Мухи являются хрестоматийными примерами процесса симпатрического видообразования, процесса, посредством которого новые виды развиваются в одном и том же географическом регионе от общего вида-предка. Две расы мух поддерживают отдельные популяции на основе предпочитаемых плодов-хозяев, которые они обнаруживают по запаху: яблоневые мухи предпочитают запахи яблок, а мухи боярышника предпочитают запах плодов боярышника.
Изменения в поведении могут привести к эволюции новых видов, особенно когда это поведение влияет на выбор среды обитания. Тем не менее, нейронные основы для таких изменений относительно неизвестны», - говорит Шеннон Олссон, возглавляющий лабораторию химической экологии в NCBS и участвовавший в этом исследовании. Основным фактором, ограничивающим понимание учеными того, как эти расы могли развиваться, была до неспособности близко изучить свою нервную систему.
Впервые исследователи в рамках этого исследования изучили различия на сенсорном уровне между двумя популяциями в процессе дифференциации в отдельные виды. Чтобы получить нейросенсорное представление о том, как у этих мух возникло четкое предпочтение яблок и плодов боярышника, ученые начали с изучения того, как нервные клетки на антеннах яблоневых и боярышниковых мух реагируют на запахи различных фруктов.
Команда идентифицировала 28 классов нервных клеток, называемых обонятельными сенсорными нейронами или OSN, которые реагировали на различные комбинации запахов. Среди этого набора была небольшая коллекция OSN, которые реагировали на ключевые химические вещества из плодов яблока и боярышника. Предыдущие исследования показали, что два химических вещества - бутилгексаноат в яблочном запахе и 3-метил-1-бутанол в запахе плодов боярышника - наиболее важны для привлечения яблоневой и боярышниковой мух соответственно.
Испытывая это небольшое подмножество нервных клеток с этими химическими веществами, исследователи обнаружили поразительную закономерность. Всего две пары OSN, расположенных в одной и той же области антенны мухи, могут быть причиной специфических предпочтений яблоневых и боярышниковых мух.
Результаты этого исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the Royal Society B, по существу предполагают, что крошечный переключатель в проводке двух каналов в мозге - один кодирует запах боярышника, а другой - яблочный., могло привести к изменению предпочтения фруктов-хозяев. Это изменение в поведенческих предпочтениях положило начало видообразованию, поскольку яблоневые и боярышниковые мухи держались в виде отдельных популяций, изолированных друг от друга.
«Наша работа важна тем, что она показывает, что даже для такого сложного поведения, как выбор хозяина, крошечные изменения в нервной системе могут иметь драматические последствия для вида, даже в масштабе времени эволюции», - говорит Олссон.«Таким образом, это открытие имеет значение, выходящее за рамки эволюции, для нашего понимания взаимосвязей между мозгом, поведением и экологией животных - особенно в случае реакции местных видов на интродуцированные, чужеродные виды - большая проблема для нас в Индии», - сказала она. добавляет.