Крылья насекомых произошли от ног

муха-подёнка

Не больше комара, эта подёнка кишит миллионами поздней весной. Фото: Изабель Алмуди

Автор:  Elizabeth Pennis

Вдоль рек и ручьев по всему миру майские мухи — это обряд весны. Насекомые размером с комара ведут двойную жизнь: детеныши процветают в воде, а взрослые появляются миллионами примерно в июне всего на несколько часов, чтобы спариться и быстро умереть. Их может быть так много, что они забивают движение, делают дороги скользкими и даже создают вонючий беспорядок.

Теперь, путем секвенирования генома одного замечательного вида майской мухи, у самцов которой есть второй набор устремленных в небо глаз, исследователи узнали, как водные молодые особи превращаются в летающих взрослых особей. Они также обнаружили новые подсказки о том, как все насекомые эволюционировали, чтобы летать в первую очередь.

Количество информации, полученной в ходе исследования, впечатляет, говорит Крейг Макадам, энтомолог из некоммерческой организации по защите насекомых Buglife, базирующейся в Великобритании. «Это действительно показывает, что как только мы узнаем генетический состав вида, мы можем начать прорабатывать в нем огромное количество».

Из-за огромного количества, поденки являются важной пищей для птиц, рыб и млекопитающих. Они проводят большую часть своей жизни под водой, поедая мертвые куски листьев и других материалов. Когда в конце весны температура повышается, мускулистые детеныши, похожие на миниатюрных шестиногих креветок, выползают из воды и линяют в нежные двух — или четырехкрылые взрослые особи. Рыбаки бросаются к ручьям, когда появляются взрослые особи, потому что рыба будет клевать.

Эволюционные биологи заинтригованы поденками, потому что они и их двоюродная сестра, стрекоза, принадлежат к ранней эволюционирующей ветви генеалогического древа насекомых; на самом деле, они все еще очень похожи на самых ранних летающих насекомых.

молодая водная личинка мухи-подёнки
Личинки водных поденок позже превращаются в крылатых взрослых особей. Фото: ИЗАБЕЛЬ АЛЬМУДИ

Однако получить качественный геном от крошечного насекомого сложно. Ученым необходимо объединить ДНК нескольких особей, и у каждого отдельного насекомого геном немного отличается. Таким образом, прежде чем они смогли установить последовательность майской мухи Cloeon dipterum, Изабель Альмуди, интегративный биолог из Андалузского центра биологии развития и коллеги, должны были выяснить, как разводить этот вид в лаборатории. Это позволило им секвенировать геном, а затем измерить активность генов на всех этапах жизни и в различных тканях, в первую очередь для поденок.

Выявилось несколько сюрпризов. Во-первых, у самцов есть два дополнительных светочувствительных белка, называемых опсинами, которые отсутствуют у самок. Эти опсины чувствуют синий и ультрафиолетовый свет и активны во второй паре глаз, возможно, помогая мужчине видеть женщин над ним, рассуждает команда.

Однако самая большая новость была связана с генетической активностью жабр молодой майской мухи. Когда-то считалось, что они используются только для поглощения кислорода, жабры майской мухи также являются своего рода носом. Альмуди и ее команда обнаружили необычно большое количество белков, участвующих в запахе и вкусе в этой ткани, сообщают они в Nature Communications.

Это открытие “может помочь нам понять больше о том, как майские мухи чувствуют свое окружение”, — говорит Макадам. Эти дополнительные белки также могут помочь поденкам координировать свою массовую трансформацию во взрослых особей, предполагает Йоши Томоясу, эволюционный биолог из Университета Майами.

самец мухи-подёнки
Самцы этого вида поденок имеют дополнительную пару глаз. Фото: ИЗАБЕЛЬ АЛЬМУДИ

В то время как они раздражали гены, активные в развитии, исследователи обнаружили несколько из них в жабрах молодых майских мух, которые также играют определенную роль в развитии взрослых крыльев.

Крылья насекомых являются основным эволюционным новшеством, и их происхождение горячо обсуждается. «Открытие общего генетического программирования между жабрами и крыльями — это еще один пример понимания загадочного происхождения крыльев насекомых — и полета», — говорит Люк Якобус, энтомолог из Университета Пердью, который ведет веб-сайт подёнок.

Некоторые биологи считают, что крылья сначала развились как продолжение стенки тела, в то время как другие считают, что они произошли от древних ног. Считается, что жабры майской мухи возникают из верхних конечностей. Таким образом, обнаружение сходной активности генов как в крыльях, так и в жабрах “дает первую геномную поддержку” идее о том, что крылья и жабры развились, по крайней мере частично, из ног, говорит Томоясу. Но, говорит Макадам, » означает ли это, что крылья происходят от жабр, все еще остается спорным.”

Якобус рассматривает геном майской мухи и эти первоначальные выводы как только первый шаг. «Я надеюсь, что это исследование стимулирует больше работы над поденками», — говорит он. Они “обладают нераскрытым потенциалом», говорит он, для понимания того, как эволюционировали все насекомые.

Следующее

Лучшие микроскопы

Чт Июн 4 , 2020
Микроскопы — отличный способ показать детям науку или лучше рассмотреть крошечные образцы. Это наш выбор к лучшему. (Изображение: © Unsplash) Автор: Джен Карнер (Jen Karner) Микроскопы дают возможность смотреть на крошечные образцы и видеть, как они работают. В отличие от прошлых лет, когда все микроскопы были большими и неуклюжими, сейчас […]
Лучшие микроскопы