06.03.2014

Сложное подражание окраске ядовитого вида зависит у бабочек от работы одного-единственного гена

Сложное подражание окраске ядовитого вида зависит у бабочек от работы одного-единственного гена — правда, его активность подчиняется довольно сложным молекулярно-генетическим правилам.

Мимикрия сослужила эволюционной биологии хорошую службу, став одним из аргументов в пользу эволюционной теории. Один из двух отцов теории эволюции, Альфред Уоллес, путешествуя по Азии, заметил, что бабочки-парусники Papilio polytes имитируют окраску ядовитой Pachliopta hector. Но хотя имитация окраски хорошо укладывалась в механику развития видов, биологи ещё очень долго раздумывали над тем, как мимикрия реализуется на генетическом уровне.

С одной стороны, высказывались предположения, что маскировка-имитация развивается постепенно, с другой стороны, некоторые полагали, что она появляется внезапным скачком. В итоге биологи-эволюционисты сошлись на том, что существуют некие «супергены», массивы генетической информации, которые контролируют мимикрию и вот так комплексно и наследуются. То есть бабочка не может смешивать гены мимикрии, она получает их сразу все и со всеми изменениями, которые в них происходили, — или же вообще не получает.

Но всё оказалось намного проще! Группа исследователей из Чикагского университета (США) вместе с коллегами из Института фундаментальных исследований Тата (Индия) выяснили, что мимикрия бабочек-парусников зависит только от одного гена. Известно, что самцы P. polytes не мимикрируют, их крылья чёрные с белыми пятнами, а вот самки как раз раскрашивают свои крылья под ядовитых P. hector с помощью цветных полос и пятен. С одной стороны, тут можно усмотреть аргумент в пользу единого и неделимого комплекса «мимикрирующих» генов, однако имитирующая окраска самок может довольно сильно варьироваться, делая их похожими на ядовитый вид в той или иной степени.

Чтобы понять причину этой вариабельности, биологи скрещивали между собой разноокрашенных бабочек и проверяли потом геномы их потомства. В первую очередь учёные хотели найти различия между ДНК бабочек с имитирующей окраской и ДНК бабочек без таковой. В журнале Nature авторы пишут, что в итоге они вышли на некую зону в одной из хромосом насекомых, содержащую пять генов, а из этой пятёрки удалось выделить ген под названием doublesex, от которого зависело, какая окраска будет у крыльев.

Этот ген известен довольно давно, он управляет работой многих других генов: в частности, от него зависит пол у дрозофил и иных насекомых. Однако «в связях с мимикрией» его ещё не уличали. Полученные данные помогают понять, почему самцы не способны имитировать предостерегающую окраску: во время созревания мРНК doublesex проходит через альтернативный сплайсинг, когда разные куски мРНК перемешиваются друг с другом, и у самцов в результате получается одна мРНК (и один белок), а у самок — совсем другая.

Но альтернативный сплайсинг не объясняет вариабельности в окраске крыльев у самок. Тут всё дело в вариантах самого гена, который у разных линий бабочек может разниться, поэтому разные варианты doublesex могут при развитии крыльев включать разные наборы генов.

Смысл работы не только в том, что учёным удалось разгадать молекулярно-генетическую тайну мимикрии одного вида бабочек (пусть и с таким славным научным прошлым), но и в том, что эти данные наглядно иллюстрируют, как внешняя сложность признака может не совпадать с его внутренней, генетической сложностью.

Нельзя сказать, что все эти альтернативные сплайсинги и варианты генов — сильно простая вещь; в конце концов, мы имеем дело с особым геном, который предназначен для управления другими генами, а такие гены-менеджеры простотой не отличаются. Однако это сложность иного рода, чем та, которую предполагали до сих пор и по поводу которой сломали столько копий, споря о её эволюционных путях. Как видим, такие исследования, использующие ассортимент современных молекулярно-биологических методов, могут довольно успешно разъяснять некоторые сложные места, связанные с эволюцией.

Впрочем, о мимикрии P. polytes споры не утихли. В том же Nature вышла ещё одна статья, авторы которой призывают обратить внимание на некодирующие регуляторные области ДНК, могущие менять уровень активности гена, её время и место. Известно, что именно такие участки ДНК во многом определяют окраску других бабочек — рода Heliconius. И, возможно, такие зоны ДНК могут влиять и на мимикрирующие способности гена doublesex.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru