Разные насекомые приобрели схожие адаптации
Одна и та же мутация позволила жукам и бабочкам приспособиться к питанию молочаем.
Немецкие генетики из Гамбургского университета выяснили, какие мутации отвечают у насекомых за устойчивость к растительным токсинам. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ученые проанализировали 18 видов растительноядных насекомых из 4 отрядов (бабочки, клопы, жуки и мухи) на устойчивость к карденолидам, особой группе токсичных стероидов. Их выделяют некоторые растения, такие, как молочай и наперстянка, чтобы защитить себя от поедания. Карденолиды воздействуют на натрий-калиевую-АТФ-азу, мембранный белок, который поддерживает уровень баланса ионов, необходимый для жизнедеятельности животных клеток.
Натрий-калиевая-АТФ-аза имеет сложное строение и несколько раз пронизывает мембрану. С петлями этого белка, выступающими за пределы клетки, и связываются карденолиды, блокируя тем самым деятельность всего фермента. Ранее было известно, что бабочка-монарх Danaus plexippus нейтрализует их действие посредством генетической мутации, в результате которой в позиции 122 в одной из внешних петлей фермента аминокислота аспарагин меняется на гистидин. Это резко снижает способность токсина блокировать натрий-калиевую-АТФ-азу.
Авторы исследования выяснили, что аналогичная замена произошла еще у четырех видов насекомых, питающихся растениями, содержащими карденолиды – у двух клопов, мушки-минера и жука-листоеда, живущего на молочае, подобно гусеницам бабочки-монарха. Кроме того, у 12 видов насекомых, включая бабочку-монарха, были выявлены схожие замены аминокислоты глутамина в позиции 111, что также снижает чувствительность насекомых к карденолиду. Связь этой замены с устойчивостью к токсину ученые проверили, снабдив культуру клеток дрозофилы геном с соответствующей мутацией и затем обработав ее карденолидом.
Ген, кодирующий натрий-калиевую-АТФ-азу, есть у всех насекомых. Они, как и другие группы животных, унаследовали его от общего предка в стандартной конфигурации и затем модифицировали его в соответствии со своими потребностями. Разные отряды насекомых разделились между собой более 200 миллионов лет назад, поэтому, как отмечают исследователи, тот факт, что представители жуков, клопов и бабочек имеют одни и те же мутации, является важным примером конвергентной эволюции.
В качестве другого примера конвергентной эволюции, которая в сходных условиях приводит к сходным результатам у разных групп организмов, можно указать на сходство строения глаза у позвоночных животных и головоногих моллюсков.