Большая семья с экстравагантными родственниками
Как и у большинства животных, выбор партнера у уксусных мух в первую очередь основан на химических сигналах.
Существует несколько причин, по которым род Drosophila идеально подходит для изучения эволюции и разнообразия половых феромонов. Более чем 1.500 известных видов уксусных мух встречаются по всему миру в самых разных средах обитания: в пустынях, тропических лесах, пещерах, болотах или горах. Часто основным источником пищи являются гниющие фрукты и дрожжи, ответственные за брожение.
Некоторые виды также питаются свежими фруктами, грибами, корой деревьев, цветами, бактериальной слизью или икрой лягушек. У многих видов, особенно у модельного организма Drosophila melanogaster, обработка обонятельной информации в головном мозге уже хорошо описана.
Рецепторы половых феромонов точно настроены на обнаружение запаха партнера при спаривании.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи под руководством Мохаммеда Халлафа и Маркуса Кнадена изучили, как половые феромоны эволюционировали у 99 различных видов рода Drosophila. «Мы определили половые феромоны и соответствующие обонятельные каналы в обонятельной системе мух, чтобы изучить эволюцию передачи сигналов феромонов в отношении филогенетических отношений», – сказал Мохаммед Халлаф, первый автор исследования. 41 из исследуемых видов уже полностью секвенирован.
Секвенировав полные геномы еще 58 видов, ученые представили наиболее полный филогенетический анализ рода Drosophila на сегодняшний день.
Используя геномные данные, можно было генетически сравнить различия в химических профилях, а также различия в обнаружении запаха и обработке. Исследователи собрали запахи отдельных мух: были проанализированы пять самцов, девственных и спарившихся самок от каждого вида, в результате чего в общей сложности пахло более 1500 мух. «В то время как сравнение самцов и девственных самок мух дало нам информацию о половых различиях, различия между спарившимися и девственными самками проинформировали нас о специфических для самцов соединениях, передаваемых самкам во время спаривания», – сказал Маркус Кнаден, руководитель проектной группы «Поведение на основе запаха» в отделе эволюционной нейроэтологии, подведены итоги.
Разница в деталях
Из всех 99 изученных видов мух было идентифицировано 52 различных запаха. У 81 вида ученые обнаружили феромоны, которые производятся только самцами мух. Из этих видов самцы производят 58 различных запахов, которые могут включать до семи отдельных запахов.
Хотя самцы привлекают внимание сложной химией, в конечном итоге именно самки решают, происходит ли спаривание или нет. "Интересно, что близкородственные виды часто демонстрируют четкие различия в своем феромонном профиле. В то же время отдельные феромоны снова и снова появляются на филогенетическом дереве. Например, самцы 34 из 99 изученных видов продуцируют цис-вакценилацетат (cVA), хорошо описанный феромон Drosophila melanogaster. Большинство феромонов мужского происхождения выполняют те же функции: во-первых, они привлекают самок, а во-вторых, они передаются самкам во время спаривания, чтобы они пахли менее привлекательными для других самцов.
Это обеспечивает репродуктивный успех самцов », – сказал Маркус Кнаден.
Значительные различия в профиле феромонов самцов близкородственных видов предполагают, что давление отбора, направленное на предотвращение спаривания между этими видами, которые произошли от общего предка, велико. С другой стороны, тот факт, что целых 34 вида продуцируют цис-вакценилацетат в качестве полового феромона, показывает, что может быть только ограниченное количество генов, ответственных за продукцию феромона.
Пока нет необходимости отмечать разницу с эволюционной точки зрения, разные виды производят один и тот же феромон.
Ключевое наблюдение заключается в том, что в основном самцы мух из рода Drosophila являются передатчиками химического сигнала, в то время как самки, как приемники, распознают и интерпретируют сигнал. «Разнообразие и обилие специфических для мужчин соединений по сравнению с женскими просто поражает: из 52 различных запахов 43 производятся исключительно самцами, в то время как только 9 производятся самками.
Более того, 81 вид дрозофилы общаются через мужские феромоны, в то время как только 15 видов имеют специфически женские феромоны », – сказал Мохаммед Халлаф.
От запаха к поведению
Исследование является первым комплексным анализом брачного поведения большого количества видов дрозофил. «Пока мы проводили эксперименты по спариванию, мы уже могли наблюдать, что некоторые из видов проявляли очень специфическое поведение. Некоторых из них двигало обоняние, и они начинали брачный танец только тогда, когда у партнера был правильный запах.
Иногда, однако, рисунок правого крыла или песня самца также запускали брачное поведение самки », – описал Билл Ханссон, возглавляющий отдел эволюционной нейроэтологии, где проводилось исследование, наблюдения на арене спаривания. Предположительно, половые феромоны играют решающую роль в качестве первого сигнала для определения правильного партнера перед спариванием. Как только самка будет привлечена и готова к спариванию, также могут быть инициированы другие брачные ритуалы, включая танец, свадебный подарок или песню.
Исследователи продолжат оценку записанных экспериментов по спариванию для будущих исследований и надеются, что эти материалы побудят другие исследовательские группы также поближе взглянуть на стратегии спаривания различных дрозофилид.
250 ГБ необработанных данных, включая последовательности генома (66 видов), фильмы о спаривании (1467 записей), химические профили девственных самцов, а также девственных и спарившихся самок (более 1500 реплик; пять или более реплик каждого пола у всех 99 видов) и другие дополнительные данные доступны здесь: https: // dx.Дои.org / 10.17617/3.5 Вт