Успех палочников объяснили генами, взятыми у бактерий
Биологи выяснили, что палочники, к числу которых относятся самые длинные насекомые в мире, позаимствовали у бактерий гены, необходимые для питания растениями. Возможно, именно это предопределило их эволюционный успех.
К такому выводу пришли немецкие и французские ученые, чья статья опубликована в журнале Scientific Reports.
Многие растительноядные животные, например, термиты и коровы, нуждаются в кишечной микрофлоре для переваривания растительной биомассы. В частности, микроорганизмы помогают растительноядным организмам расщеплять клеточные стенки растений, поскольку у тех нет пригодных для этого ферментов-пектиназ.
Однако недавно было обнаружено, что насекомые-палочники обладают собственными генами пектиназ, что позволяет им в данном вопросе обходиться без помощи со стороны бактерий. Авторы статьи решили выяснить, откуда у палочников взялись эти гены. Для этого они проанализировали базу данных 1KITE, содержащую сведения о геномах более чем тысячи видов насекомых, включая 50 видов палочников.
Выяснилось, что гены пектиназ имеют в своем геноме все палочники, за исключением палочника Timema, самого примитивного из них. В то же время собственные пектиназы не умеют синтезировать все остальные Polyneoptera, к которым относятся кузнечики, богомолы, тараканы и прочие родичи палочников.
Исходя из этого, исследователи вычислили, что общий предок современных палочников обзавелся пектиназами не ранее чем 125-103 млн лет назад – именно тогда он отделился от линии палочника Timema. Судя по сходству ДНК, палочники позаимствовали ген пектиназы у гамма-протеобактерий – эти микроорганизмы живут у них в кишечниках, а также на поверхности листьев.
Подобный обмен генетической информацией между неродственными группами организмов называется горизонтальным переносом генов. Недавно ученые зафиксировали его, например, между мхами и папоротниками. Что касается пектиназ, то они имеются также у тлей, цикадок, а также жуков-листоедов и жуков-долгоносиков. Последние, как и палочники, также одолжили гены пектиназ у бактерий.
«Что-то должно было случиться, чтобы сделать крошечную Timema группой из 3000 видов, широко распространенных по планете и порой достигающих полуметра в длину», -- пояснил Мэтан Шеломи, соавтор статьи. По его словам, внезапное приобретение новых ферментов путем горизонтального переноса генов может влиять на эволюцию целых групп, заставляя их специализироваться на каком-то одном источнике пищи.