Учените разгадаха последователността на генните мутации, които позволиха на пеперудата монарх да процъфтява на токсични млечни водорасли.

тези

Гъсеникът на пеперудата монарх яде само млечни водорасли, отровно растение, което трябва да я убие. Гъсениците процъфтяват върху растението, като дори съхраняват токсините му в телата си като защита срещу гладни птици.

В продължение на десетилетия учените се чудеха на тази адаптация. В четвъртък екип от изследователи обяви, че е посочил ключовите еволюционни стъпки, които са довели до него.

Необходими са само три генетични мутации, за да се превърнат пеперудите от уязвими в устойчиви, съобщават изследователите в списание Nature. Те успяха да въведат тези мутации в плодовите мухи и изведнъж успяха да ядат и млечни водорасли.

Биолозите го приветстваха като тур-де-сила, която използва технологията за редактиране на гени, за да дешифрира поредица от мутации, развиващи се при някои видове, и след това да ги тества в още.

„Златният стандарт е да се тестват директно мутациите в организма“, казва Джоузеф У. Торнтън, еволюционен биолог от Чикагския университет. Новото проучване „най-накрая повишава нашите стандарти“.

Насекомите започнаха да се хранят по растения преди повече от 400 милиона години, стимулирайки еволюцията на много ботанически защитни средства, включително сурови химикали. Някои растения, включително млечни водорасли, произвеждат особено неприятни токсини, известни като сърдечни гликозиди.

Точната доза може да спре биещото сърце или да наруши нервната система. В продължение на хиляди години африканските ловци са слагали тези отрови на върховете на стрелите. Агата Кристи написа мистерия за убийство с участието на лисица, която произвежда сърдечни гликозиди.

Токсините изсмукват така наречените натриеви помпи, съществен компонент на всички животински клетки. „Това е много уязвима точка и растенията са я насочили“, казва Сюзън Доблер, молекулярен биолог от университета в Хамбург, Германия.

Тези помпи преместват положително заредените натриеви атоми от клетките, придавайки на вътрешността им отрицателен заряд. Сърдечните клетки се нуждаят от натриеви помпи, за да създадат достатъчно електрически заряд, за да доставят сърдечен ритъм. Нервите използват помпите, за да произвеждат сигнали към мозъка. Ако помпите се повредят, тогава тези функции спират.

Въпреки опасностите, монарсите гъсеници са напълно зависими от токсичните млечни растения. Женските снасят яйцата си по растенията, а гъсениците изяждат колкото могат, преди да образуват хризалис.

Докато се развиват в възрастни, какавидите отвеждат токсина от млечни водорасли от червата си до новите си крила. След като излизат от хризалисите, монарсите се превръщат в летяща отрова. Птиците, които се опитват да ядат насекомите, ги повръщат обратно.

За да разберат как монарсите са развили тази адаптация, д-р Доблер и нейните колеги са се възползвали от факта, че други видове насекоми също са развили устойчивост на сърдечни гликозиди. Някои дори ядат млечни водорасли.

Изследователите сравняват гените, които служат като чертежи на натриевата помпа при отровноустойчиви видове, като млечен бръмбар и млечна буболечка. Оказа се, че повечето от тези видове са получили същите три мутации.

Но мутациите не се появиха наведнъж. Вместо това те възникнаха един след друг.

Монарсите споделят една от мутациите със свързана пеперуда, която не яде млечни водорасли, и втора мутация с по-близък роднина, която яде млечни водорасли, но не съхранява сърдечни гликозиди в крилата си. Третата мутация възниква при още по-скорошен предшественик.

Получаването на тези мутации постепенно променя натриевите помпи в клетките на монарсите, подозира Д-р Доблер, така че сърдечните гликозиди не могат да ги нарушат. Тъй като пеперудите стават по-устойчиви, те могат да се насладят на нов запас от храна, недокоснат от повечето други насекоми.

Ноа Уайтман, еволюционен биолог от Калифорнийския университет, Бъркли, ръководи усилията за проверка на тази хипотеза. „Тези три мутации може да са нещото, което отключи вратата“ за пеперудите, каза той.

Той и колегите му измислиха как да използват Crispr, технологията за редактиране на гени, за да въведат мутациите в плодовите мухи. Мухите оцеляват с гниещи плодове и дори малка доза сърдечни гликозиди може да бъде смъртоносна за тях.

Изследователите започнали, като дали на мухите първата мутация, възникнала при предците на монарси. Ларвите, носещи тази мутация, успяха да оцелеят с диета от дрожди, завързана с ниски нива на сърдечни гликозиди.

Втората мутация позволява на мухите да издържат на още повече токсини, а третата ги прави изцяло устойчиви. И с трите мутации мухите дори ядяха сушени млечни прахове.

Третата мутация имаше друг поразителен ефект. Когато мухите с гена се развиват в възрастни, телата им носят ниски нива на сърдечен гликозид, полезен като защита срещу хищничество.