Ухаживание у мух вида Drosophila subobscura включает необычный ритуал: самец срыгивает каплю своей последней еды и предлагает её самке в качестве «свадебного дара». Этот поведенческий механизм, напоминающий аналогичные ритуалы у некоторых видов пауков, является результатом сложной эволюционной адаптации, ключ к которой скрыт в одном-единственном белке.
Исследование, опубликованное 14 августа в журнале Science группой учёных под руководством Р. Танака, выявило, что за это поведение отвечает белок под названием fruitless. Этот белок специализируется на контроле ритуалов ухаживания у самцов плодовых мушек. В данном случае он выполняет уникальную функцию, связывая две ранее не зависимые друг от друга системы организма.
В мозге самца Drosophila subobscura функционирует небольшая группа из 16–18 нейронов, основной задачей которых является контроль пищеварения. Однако у этого вида в данных клетках вырабатывается мужская версия белка fruitless. Это приводит к тому, что нейроны, отвечающие за работу кишечника, интегрируются в нейронную цепь, управляющую ухаживанием.
Когда самец начинает свой брачный танец, его система ухаживания автоматически активирует и эту группу пищеварительных нейронов. В результате срабатывает моторная система, контролирующая кишечник и ротовой аппарат, что заставляет муху срыгнуть каплю пищи. Таким образом, биологическая функция, предназначенная для переваривания, была эволюционно перепрофилирована в элемент романтического поведения.
Для подтверждения этой гипотезы учёные провели сравнительный анализ с родственным видом — плодовой мушкой Drosophila melanogaster. Эти два вида эволюционно разошлись примерно 30–35 миллионов лет назад, и у D. melanogaster отсутствует ритуал срыгивания в процессе ухаживания. Анализ показал, что у них аналогичные пищеварительные нейроны не производят белок fruitless.
Основной функцией этих нейронов у D. melanogaster остаётся исключительно пищеварение. В некоторых случаях, при переедании, они могут вызывать поведение, известное как «пузырение» (bubbling), когда муха срыгивает содержимое желудка для его частичного высушивания и последующего повторного поглощения, но это не связано с ухаживанием.
Команда исследователей под руководством Дайсуке Ямамото, эволюционного биолога из Национального института информационных и коммуникационных технологий в Кобе, Япония, провела решающий эксперимент. Они генетически модифицировали самцов Drosophila melanogaster, заставив их пищеварительные нейроны вырабатывать мужскую версию белка fruitless.
Результат оказался однозначным: модифицированные самцы D. melanogaster начали срыгивать пищу во время ухаживания за самками, в точности имитируя поведение своих дальних родственников D. subobscura. Это продемонстрировало, что присутствие одного белка в определённой группе клеток является достаточным условием для появления нового сложного поведенческого признака.
Дальнейший анализ показал, что у генетически изменённых мух модифицированные нейроны не только изменили свою функцию, но и физически трансформировались. Они увеличились в размерах и начали формировать отростки, направленные в сторону основных нейронов, контролирующих ухаживание, что указывает на физическое создание новой нейронной связи.
Эволюционная гипотеза предполагает, что «романтическая рвота» возникла в результате случайной мутации. У одного из предков D. subobscura белок fruitless начал экспрессироваться в клетках пищеварительной системы. Поскольку это новое поведение оказалось «плодотворным» и повысило успех самцов в спаривании, естественный отбор закрепил этот признак.
Отопалик, нейробиолог из Исследовательского кампуса Джанелия Медицинского института Говарда Хьюза, не участвовавший в работе, назвал это исследование «удивительным примером» использования межвидового сравнения для понимания эволюции поведения. Работа наглядно показывает, как эволюция может «заимствовать» и «перепрошивать» целые биологические системы, такие как пищеварение, для совершенно новых целей, используя относительно простые генетические изменения.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследование, опубликованное 14 августа в журнале Science группой учёных под руководством Р. Танака, выявило, что за это поведение отвечает белок под названием fruitless. Этот белок специализируется на контроле ритуалов ухаживания у самцов плодовых мушек. В данном случае он выполняет уникальную функцию, связывая две ранее не зависимые друг от друга системы организма.
В мозге самца Drosophila subobscura функционирует небольшая группа из 16–18 нейронов, основной задачей которых является контроль пищеварения. Однако у этого вида в данных клетках вырабатывается мужская версия белка fruitless. Это приводит к тому, что нейроны, отвечающие за работу кишечника, интегрируются в нейронную цепь, управляющую ухаживанием.
Когда самец начинает свой брачный танец, его система ухаживания автоматически активирует и эту группу пищеварительных нейронов. В результате срабатывает моторная система, контролирующая кишечник и ротовой аппарат, что заставляет муху срыгнуть каплю пищи. Таким образом, биологическая функция, предназначенная для переваривания, была эволюционно перепрофилирована в элемент романтического поведения.
Для подтверждения этой гипотезы учёные провели сравнительный анализ с родственным видом — плодовой мушкой Drosophila melanogaster. Эти два вида эволюционно разошлись примерно 30–35 миллионов лет назад, и у D. melanogaster отсутствует ритуал срыгивания в процессе ухаживания. Анализ показал, что у них аналогичные пищеварительные нейроны не производят белок fruitless.
Основной функцией этих нейронов у D. melanogaster остаётся исключительно пищеварение. В некоторых случаях, при переедании, они могут вызывать поведение, известное как «пузырение» (bubbling), когда муха срыгивает содержимое желудка для его частичного высушивания и последующего повторного поглощения, но это не связано с ухаживанием.
Команда исследователей под руководством Дайсуке Ямамото, эволюционного биолога из Национального института информационных и коммуникационных технологий в Кобе, Япония, провела решающий эксперимент. Они генетически модифицировали самцов Drosophila melanogaster, заставив их пищеварительные нейроны вырабатывать мужскую версию белка fruitless.
Результат оказался однозначным: модифицированные самцы D. melanogaster начали срыгивать пищу во время ухаживания за самками, в точности имитируя поведение своих дальних родственников D. subobscura. Это продемонстрировало, что присутствие одного белка в определённой группе клеток является достаточным условием для появления нового сложного поведенческого признака.
Дальнейший анализ показал, что у генетически изменённых мух модифицированные нейроны не только изменили свою функцию, но и физически трансформировались. Они увеличились в размерах и начали формировать отростки, направленные в сторону основных нейронов, контролирующих ухаживание, что указывает на физическое создание новой нейронной связи.
Эволюционная гипотеза предполагает, что «романтическая рвота» возникла в результате случайной мутации. У одного из предков D. subobscura белок fruitless начал экспрессироваться в клетках пищеварительной системы. Поскольку это новое поведение оказалось «плодотворным» и повысило успех самцов в спаривании, естественный отбор закрепил этот признак.
Отопалик, нейробиолог из Исследовательского кампуса Джанелия Медицинского института Говарда Хьюза, не участвовавший в работе, назвал это исследование «удивительным примером» использования межвидового сравнения для понимания эволюции поведения. Работа наглядно показывает, как эволюция может «заимствовать» и «перепрошивать» целые биологические системы, такие как пищеварение, для совершенно новых целей, используя относительно простые генетические изменения.
