Можете да споделите тази статия под лиценза Attribution 4.0 International.

токсична

U. ARIZONA (САЩ) - Мухите, които ядат микроби от цял ​​свят, наскоро се развиха, за да ядат някои от най-токсичните растения на Земята.

В продължение на хилядолетия те бръмчеха из гората, доволно подхапвайки дрожди от повърхностите на листата, скалите и гниещия дъф по горското дъно.

Но сега, мухите от семейство Drosophilidae, чиито разнородни членове обитават райони по цялата планета, са се превърнали във вегетарианци с лоша диета от растения, които са смъртоносни за повечето други организми.

Какво, учените биха искали да знаят, е накарало тези мухи, хранилки за дрожди в продължение на близо 80 милиона години, да отидат независимо „студена пуйка“?

Не натиск от страна на връстниците, със сигурност, тъй като видовете мухи, обитаващи Северна Америка, Хавай, Австралия и Папуа Нова Гвинея, са разделени от огромни океански простори и нямат Facebook.

С гранта на National Geographic Research and Exploration Ноа Уайтман, асистент в катедрата по екология и еволюционна биология в Университета на Аризона, и Ричард Лапойнт, научен сътрудник и преподавател в лабораторията на Уайтман, разследват еволюционния скок на мухите до тревопасните, се е случило поне три пъти при три различни вида независимо.

Техните изследвания наскоро направиха корицата на Genome Biology Evolution.

Разбирането на генетичните пътища, които мухите използват за детоксикация на растенията, които ядат, би могло да бъде полезно, за да не се превърнат в вредители или да се разработят нови антитоксини за фармацевтични продукти, отбелязва LaPoint.

Въведените мухи вече са се превърнали в селскостопански вредители в Нова Зеландия и в Обединеното кралство, каза Уайтман. „Възможно е те да започнат да атакуват американски брасики и каноли. Ако се интересуваме от биогорива като рапица и те са атакувани от насекоми, може би можем да проектираме растенията да бъдат устойчиви. "

Далечни роднини

Бръмчещите насекоми от семейство Drosophilidae са най-често известни като плодови мухи, с изключение на това, както казва Уайтман: „Те не са. Хората ги наричат ​​плодови мухи, но те ядат най-вече мая, която живее върху гниеща растителност като плодове. "

И все пак мухата е муха, може да си помислите. Неправилно. „Въпреки че мухите са в едно и също семейство, размерът на еволюционното разстояние, за който говорим, е подобен на този между хората и мишките“, казва Уайтман. Те могат да изглеждат по същия начин малки и черни на нашите сравнително гигантски очи, но хранещите се с дрожди и тревопасните мухи са физически много различни.

„Представете си, че тигър се е превърнал в крава“, казва Лапойнт. „Това са много промени, които трябва да се случат, без значение зъбите да станат по-тъпи. Това е голям скок и всичко се случи сравнително наскоро на три места: в Северна Америка, Хавай и Австралия и Папуа Нова Гвинея. " Преди Австралия и Папуа Нова Гвинея са били свързани и приютяват същите тревопасни видове мухи.

Мухите, казва Лапойнт, са добри образци на организми за изучаване на еволюционните тенденции в растителната диета. „Този ​​преход е достатъчно скорошен, за да можем да видим еволюцията на тревопасните растения почти както се случва“, казва Лапойнт. "В повечето други случаи еволюцията на тревопасните животни се е случвала далеч в миналото."

Еволюцията на тревопасните от нетревоядни видове е особено интригуваща за еволюционните биолози, тъй като е сравнително рядка в животинското царство и растенията, в сравнение с животните, са трудно смилаеми. И така, защо би се развивала растителността и как гените на организма му дават способността да консумира растения?

„Това е мистерия“, казва Уайтман.

Богати на токсини диети

Към въпроса защо мухите са станали тревопасни се добавя и фактът, че: „Всичко, което ядат, е отровно“, казва Лапойнт.

Мухите в южната част на Тихия океан ядат папрати, които се срещат на планината. Лимонът има малка хранителна стойност и достатъчно количество мощни токсини, включително цианогенни съединения, фатални за повечето организми. Междувременно хавайската линия от мухи е колонизирала хавайските папрати, казва Уайтман. "Какво е това за папрати?"

Северноамериканските мухи, стоични аутсайдери, вместо това приеха диета с горчични растения - също изключително токсични за повечето насекоми.

„Всички те ядяха мая, която няма истински токсин освен алкохол, а мухите имаха 70 милиона години, за да се адаптират към високите нива на алкохол“, казва Лапойнт. „Те са имали само 5 до 15 милиона години, за да се адаптират към токсините в тези растения.“

„Това е голям скок, но това се е развило във всички тези линии, така че въпросът е: Дали един общ набор от генетични промени е в основата на този скок?“ - пита Уайтман.

Нови зъби, ново поведение

Изглежда така, тъй като мухите в Северна Америка, Хавай и южната част на Тихия океан показват сближаващи се фенотипи или подобни физически структури, които биха могли да показват подобни генетични промени, водещи до тревопасни.

Крилата на птиците и крилата на прилепите са добър пример за сближаващи се фенотипи, казва Уайтман: Крилата изглеждат сходни и служат за една и съща цел, но всъщност са еволюирали от различни части на тялото.

При мухите могат да се видят сближаващи се фенотипи при женските, например, които трябва да режат на растения, за да снасят яйцата си в листата.

„Обикновено месоядните мухи снасят яйцата си върху някаква гнила купчина каша, така че не се нуждаят от много здрав яйцеклетка, за да депонират яйцето“, казва Уайтман. „Те просто изхвърлят яйцето си там. Тези нови мухи изрязват дупка от едно листо. “

Тревопасните мухи в Северна Америка, Хаваите и южната част на Тихия океан имат големи, назъбени яйцеклетки. „Вместо да прилича на нож за масло, той прилича на трион“, казва Уайтман.

Наличието на конвергентни фенотипове в отдалечено свързани групи може да помогне на учените да разберат какви генетични промени са отговорни за превръщането на насекомите в тревопасни животни.

‘Игла в купа сено’

Whiteman и Lapoint планират да събират ларви и възрастни в Австралия и Хавай, както от растителноядни, така и от месоядни животни, за да наблюдават как тревопасните мухи са се променили генетично и във фенотипа им, или физическия израз на признаците, кодирани от техния геном.

Но първо ще трябва да намерят мухите.

„Тези мухи са описани в старата литература“, казва Уайтман. Когато Лапойнт направи предварително проучване за търсене на мухите на Хаваите, той вместо това откри значителна популация от неместни бръмбари, която може да се конкурира с мухите за едни и същи растения, оставяйки популацията на мухите малка и различна или дори изчезнала.

Също така, „първоначалното място, където бяха събрани, наскоро беше полуактивен шлаков конус“, добавя Лапойнт. „Оттогава са трудни за намиране. Но те винаги са били добри в оцеляването с не много хора в популацията. "

Хващането на мухите също е малко озадачаващо: „Възрастните имат модифицирани апарати за уста, големи бивни, които мъжете използват, за да се бият помежду си“, казва Лапойнт. „Това го прави по-трудно да ги хванете, защото никой не знае дали всъщност ядат нещо, ако устните им апарати са изкривени, за да станат тези бивни. Те биха могли да живеят много кратко и наистина не идват, ако пуснете нормални примамки като храна, за да ги привлечете. "

Изследователите трябва да търсят мухите с помощта на мрежи за улов на насекоми и след това да ги сортират на ръка или да отрежат листата на папратите, за да търсят мухи, живеещи в растенията.

„Това ще прилича на търсене на игла в купа сено“, казва Уайтман. "Но предполагам, че мухите са там."