Джейсон Галлант, зоолог МГУ и первый автор статьи, сосредоточился на бабочках, чтобы проиллюстрировать свою метафорическую дорожную карту эволюционных черт. Крылья бабочки — важные биологические модели. В то время как некоторые бабочки ядовиты и оповещают своих хищников разноцветными отметинами на крыльях, другие нетоксичны, но эволюционировали схожими цветовыми узорами, чтобы их не съели.Многие ученые, в том числе знаменитый Эрнст Майр, отдавали предпочтение теории «многих дорог».
Это в значительной степени объяснялось невозможностью идентифицировать общий ген для таких признаков. Галлант, Шон Маллен, соавтор и биолог из Бостонского университета, и их сотрудники, однако, смогли точно определить единственный ген, ответственный за яркие окраски двух разных семейств бабочек.Последний раз у североамериканских и южноамериканских видов был общий предок более 65 миллионов лет назад. Таким образом, вместо того, чтобы развивать эти черты независимо с помощью двух уникальных механизмов, генетический контроль конкретных отметин бабочек можно проследить до одного гена, присутствующего у их древних предков, сказал Галлант, который также объединился с Арно Мартином и Бобом Ридом из Корнельского университета, и Маркус Кронфорст из Чикагского университета.
«Этот результат представляет собой кульминацию усилий, затраченных на десятилетие, но мы определили механизм для одного аспекта рисунка крыльев в родословной», — сказал Галлант. «Это правило или исключение? Для простых черт это начинает выглядеть так, как будто это могло быть правилом. Сложные черты все еще не решены, но может быть меньше дорог, ведущих в Рим, чем мы когда-то думали».Десятилетнее путешествие началось с исследования карты бабочек, а позже было задействовано 30 000 генов, которые составляют белые бабочки-адмиралы и пурпурные бабочки с красными пятнами в Северной Америке.
Это один и тот же вид бабочек, но для обычного наблюдателя они не кажутся связанными друг с другом.
На юге Соединенных Штатов у пурпурных красных пятен есть темно-синие крылья, имитирующие ядовитый ласточкин хвост. Белые адмиралы с характерными белыми полосами на крыльях обитают в северных краях, где не водится ласточкин хвост.
Гибрид этих двух можно найти в районе недалеко от Пенсильвании.Из 30 000 генов Галлант, Маллен и их команда сократили число кандидатов до трех. В одном из этих генов, WntA, они обнаружили наличие ретротранспозона, своего рода ДНК-вируса, который, по-видимому, вызывает отклонения в структуре крыльев.
«Это тот же тип ДНК-« вируса », который вызывает у индийской кукурузы зерна случайного цвета», — сказал Галлант. «Он присутствовал в 100 процентах пурпурных красных пятен, 50 процентах гибридов и ноль процентах белых адмиралов; я никогда не видел таких чистых данных, как эта».Для сравнения, в эксперимент были включены различные виды южноамериканских бабочек, изученные исследователями из Корнелла и Чикагского университета. Этот вид разделен скорее горным хребтом, чем континентом, но генетические закономерности были такими же.
Группа с темными отметинами на крыльях имела делецию в гене WntA в том же месте, что и ретротранспозон у североамериканских бабочек.Когда его попросили прокомментировать важность работы, Маллен заявил, что главная цель эволюционной биологии — понять происхождение и поддержание биоразнообразия. В этом контексте главный вопрос, на который нет ответа, заключается в том, предсказуема ли эволюция, и если да, то в каких масштабах эволюционного времени?
«Мы обратились к этому вопросу, определив конкретные генетические изменения, ответственные за повторяющуюся эволюцию сходных черт окраски в двух линиях бабочек, которые в последний раз имели общего предка около 65 миллионов лет назад», — сказал он. «Удивительно, но мы обнаружили, что изменения в экспрессии одного и того же гена во время развития были ответственны в обоих случаях. Этот результат подразумевает беспрецедентный уровень предсказуемости эволюционного процесса в течение длительного времени».Поскольку эта эволюционная черта сработала, возможно, несколько случайно, она вызывает вопросы относительно того, какие еще изменения происходят на наших глазах.«Ошибки копирования и геномные вирусы напрямую приводят к рисунку крыльев этих красивых бабочек», — сказал Галлант. «Именно эти случайности позволяют эволюционному процессу двигаться вперед.
Когда я смотрю на поле бабочек, я задаюсь вопросом, какие типы« ошибок »происходят прямо сейчас, которые могут привести к важным эволюционным изменениям спустя годы? Какие эволюционные процессы сможем ли мы когда-нибудь предсказывать? "
