Развитие новых технологий и новых методов позволило более детально изучить взаимодействие между растениями и насекомыми и выявить влияние этих взаимодействий на их эволюцию. В новом исследовании международная группа исследователей, в том числе ботаник проф. Стефан Ванке из Технического университета Дрездена установил связь между экологическими изменениями, адаптациями на уровне генома и макроэволюционными последствиями, подтвердив важность экологических взаимодействий как движущих сил эволюции в течение длительных периодов времени.
Бабочки, принадлежащие к семейству Papilionidae, являются образцовой группой для этого вопроса. Эти бабочки специализируются на потреблении ядовитых растений, причем около 30% видов питаются исключительно растениями семейства Aristolochiaceae.
Потребление таких растений дает гусеницам этих бабочек преимущество, так как они выделяют токсины растений, которые, в свою очередь, делают их ядовитыми. Однако сами личинки не страдают от токсина.
«Еще до того, как мы начали это исследование, мы знали, что определенные гены семейства цитохрома P450 у Papillonidae частично отвечают за адаптацию к растениям, особенно за детоксикацию токсичных соединений.
Однако в целом, вероятно, задействовано много разных генов, потому что, помимо детоксикации, эта адаптация требует, чтобы самка бабочки могла распознавать предпочитаемое ею растение или чтобы гусеницы могли нормально развиваться и выживать в этой среде », – объясняет проф. Wanke.
Ученые давно подозревали, что эволюционные изменения растений должны влиять на многие гены насекомых. Исходя из этого, международная команда сначала вывела отношения между различными видами Papilionidae и реконструировала предпочтения их растений-хозяев с течением времени.
Это позволило им показать, что Papilionidae питаются растениями, принадлежащими к семейству Aristolochiaceae и, в частности, к роду трубчатых лоз Aristolochia.
На основе глобального распространения этих двух групп насекомых и растений стало возможным оценить историческую биогеографию – движение во времени и пространстве – видов Papilionidae и Aristolochiaceae. Исследователи обнаружили, что обе группы возникли в Северном полушарии около 55 миллионов лет назад и впоследствии распространились по всему миру.
В случае Papilionidae эта миграция сопровождалась значительными изменениями в растениях-хозяевах с момента их появления. Изучение видов Papilionidae подтвердило, что различные смены растений-хозяев обычно связаны с ускоренным видовым разнообразием бабочек.
Другими словами, в результате смены растения-хозяина появилось больше видов, чем при сохранении растения-хозяина.
«Несмотря на наши знания о роли ключевых генов, таких как гены детоксикации, в устойчивости к защитным механизмам растений, наши результаты предполагают более глобальный эффект изменения растения-хозяина на эволюцию Papilionidae.
Изменения в растении-хозяине сложны и поэтому требуют ряда адаптаций, вероятно, затрагивающих разные гены, не связанные напрямую с детоксикацией токсичных соединений », – сказал профессор. Ванке описывает взаимодействия, которые еще предстоит расшифровать, особенно на генетическом уровне.