Пре отприлике деценију, еволутивни биолог Рицхард Меррилл провео би неколико сати дневно у „врућој, пареној Панами“, седећи у кавезу испуњеном лептирићима Хелицониус-а, чекајући да имају секс.
"Звучи гламурозно, зар не?", Смеје се.
Меррилл је пратила да ли ће мушки хибридни Хелицониус лептири кокетирати - у облику лебдења или јурњаве - са лептирима црвеног крила Хелицониус мелпомене росина или белокрилним лептирима Хелицониус цидно цхионеус . То је документирао удварање лептира како би проучио склоности хибрида, које ће он и његов тим касније детаљно проучити на генетском нивоу.
У природи су хибридни лептири Хелицониус ријетки. Хелицониус мелпомене и Хелицониус цидно су веома отровни, развили су се да производе свој властити цијанид, а грабежљивци су тачно научили како изгледају оба ова токсична инсекта. Међутим, ако се две врсте крижају, њихов облик крила постаје дезоријентујуће обострано обојење узорака, па хибридне лептире постају посебна мета за предаторе. Као резултат тога, живот хибрида се често завршава пре него што се размноже.
У раду објављеном јуче у часопису ПЛОС Биологи, Меррилл и његове колеге су први пут потврдили да је преференцијално понашање парења код ових лептира заиста записано у њиховој ДНК. Наиме, његов тим пронашао је само три дела генома који контролишу најмање 60 процената понашања партнера.
„То илуструје да се сложено понашање попут склоности с паром може повезати са само три региона генома“, каже Ерица Вестерман, еволутивни биолог са Универзитета у Арканзасу, која није била укључена у студију. „Ово је нешто што се мисли да је повезано са пуно подручја генома. Омогућиће нам да циљано приступимо да видимо како ови гени утичу на понашање ових лептира. "
Овде се две врсте - Хелицониус цидно, лева и Хелицониус мелпомене, десно - суде у несесери. У природи је веома необично, али научници их могу навести да то раде у заточеништву. (Луца Ливрагхи) Тачно како та два лептира Хелицониус остају одвојена врста још увек је мистерија. Спецификација или поступак стварања нове врсте лако се објашњава када постоје географске границе, попут планина, за физичку поделу једне врсте на две. Оно што загонеткује научницима је да су Х. мелпомене и Х. цидно живјели један поред другог у истим екосуставима, надмећући се за исте ресурсе, више од милион година. Ипак, шарени, отровни лептири остају две одвојене врсте, одбијајући да се паре и спајају своје генетске особине.
То је савршена демонстрација биолошког концепта званог репродуктивна изолација, због чега су лептири Хелицониус главни субјекти за еволуциона испитивања више од 100 година. Научници претпостављају да се репродуктивна изолација одржава, у неким случајевима, кроз моћно асортативно парење, што значи да ће се организам размножавати само с паром који личи на њих. Према томе, препрека која их дели није еколошка, већ генетска.
Меррилл, која се сада налази на Универзитету Лудвиг Макимилиан из Минхена, и његове колеге користили су методу која показује која подручја генома имају највећи утицај на понашање парења, али нису прецизирали тачне гене. Упркос томе, њихова анализа је била довољно јасна да покаже да је један од три региона који утичу на преференцију парења близу гена званог оптик, за који се зна да контролише живописне шаре црвеног крила у Х. мелпомене . ( Оптик има тако снажан утицај на боју да га укључивањем и искључивањем помоћу алата за уређивање гена ЦРИСПР могу крила лептира учинити потпуно безбојним.) У ствари, овај генетски регион има само 1, 2 центиМорганс - који су јединице које се користе за мерење растојања између гена на хромосому - далеко од гена оптик .
Чињеница да су генетски низови који управљају преференцијама сродника толико блиски оптику, ген који ствара обрасце крила као и неке друге визуелне знакове, има узбудљиве импликације за истраживаче који проучавају еволуцију понашања попут преференције парења.
Лептир Хелицониус мелпомене росина почива на цвету. (Рицхард Меррилл) „[Ова студија] пружа много увида у то како се склоност и преференција физички повезују“, каже еволуциона биологиња Сусан Финкбеинер са Универзитета у Чикагу, која није била укључена у студију. Истраживање подржава идеју „да се узорак боја и преференција за ту боју шарже повежу једни са другима“.
Ако се понашање парења и пожељна особина доиста физички вежу на једном хромозому, тада би се обоје са лакоћом пренијели на следећу генерацију, одржавајући својеврсну генетску баријеру између две врсте. "Можемо имати еволуцију нових врста без евоцирања физичких баријера, попут мора или планина", каже Меррилл.
Друго истраживање показало је да иако је хибридни опстанак реткост, током последњих милион година догодило се довољно да ова два лептира деле десет пута више генетског материјала него људи и неандерталци. Чак и неколико догађаја крижања може имати снажан утицај на генетику.
Истраживање, које је водио еволутивни биолог Симон Мартин са Универзитета у Цамбридгеу, користило је читаво секвенцирање генома девет популација Хелицониус-а како би утврдило подручја ДНК лептира где су хибридизација и природна селекција током времена утицали на генетику организама. Чињеница да врста остаје тако визуелно различита упркос изразито сличним генима, потврђује колико су снажне еволутивне силе у обликовању стабла живота.
"Не постоји само један еволутивни пут", каже Мартин. „То је мрежа или мрежа. Али моја студија показује да је то предвидљиво. Постоји лијеп предвидљив образац у овом сложеном сплету живота. "
Коначно, Мартинови резултати, такође објављени у ПЛОС Биологи, такође појачавају Мерриллове налазе, показујући да две врсте остају одвојене због јаких генетских баријера унутар њиховог ДНК насталих природном селекцијом - баријера попут везе између оптикса и репродуктивне склоности. Ова веза између боје крила и преференције сродника не може се изгубити чак ни код хибридних лептира јер су две генетске особине тако уско повезане - вероватно чак и покретане истим генима. Такве генетске баријере чине спецификацију предвидљивом упркос доказима о историјским догађајима хибридизације.
"Постоји предвидљивост због природне селекције", каже Мартин. "То није само у стварању врста, већ и у одређивању који се гени преносе, а који не [то] повећава улогу природне селекције у еволуцији."
Као следећи корак, Меррилл се нада да ће пронаћи прецизне гене који су у основи овог понашања према боји крила. Размишља можда помоћу машинског учења и видео камера како би тим омогућио да прикупи више података сљедећи пут.
„Покушавамо да развијемо методе за аутоматизацију овог процеса“, каже Меррилл. Једном када тим има специфичне гене за циљање, они могу користити ЦРИСПР да раде нокаут-студије и посматрају како се лептири понашају без гена за који се мисли да контролирају њихово понашање.
Без гена који контролишу Хелицониус-ове лептире, изабране боје крила, две одвојене врсте могу бити склоније парењу једна с другом. Да бисте то сазнали сигурно, Меррилл ће се можда морати вратити у кавез лептира у Смитхсониан Институту за тропска истраживања и седети и чекати да види може ли ухватити било какву акцију инсеката међу врстама. Иако, не би имао ништа против.
„Нигде на свету не бисте могли да урадите ово истраживање“, каже он.
