Бабочка Атала (Eumaeus atala) и ее пять ближайших родственников из рода Eumaeus любят демонстрировать свою токсичность. Токсичность этого секстета происходит от того, что они едят как гусеницы: растения, называемые цикадами, которые существовали еще до того, как динозавры бродили по Земле, и содержат мощный печеночный токсин, называемый циказином.

Из-за того, что они наполнены ядом, Эвмеи большие, ярко переливающиеся и хлопают вокруг, как будто им некуда идти. Даже их гусеницы бросаются в глаза, собираясь группами, чтобы жевать саговники, щеголяя яркой красно-золотой окраской. Их показные качества сигнализируют хищникам, что они не являются хорошей пищей; в природе токсичность защищает организмы от нападения, если их хищники знают об этом.

Теперь новое исследование, проведенное куратором бабочек Национального музея естественной истории Смитсоновского института Бобом Роббинсом, рассказывает эволюционную историю о том, как эти шесть ядовитых бабочек получили свою пронизанную токсинами защиту, а также смелые цвета и поведение, которые говорят всем потенциальным хищникам держаться подальше.

- У бабочек нет ни зубов, ни когтей, чтобы защитить себя, - сказал Роббинс. - Но они используют свой цвет крыльев и поведение в полете как сигнал о своих сомнительных качествах для хищников, иногда обманчиво, а в других случаях правдиво, как в случае с Эвмеем. Благодаря недавно обретенной способности относительно легко секвенировать геномы, у нас есть возможность впервые рассмотреть это в мельчайших деталях."

Статья, опубликованная в номере журнала the Proceedings of the National Academy of Sciences от 8 февраля, опирается на 46 секвенированных геномов бабочек, включая все шесть членов Eumaeus и ряд членов 1000-сильной группы бабочек, с которыми связан Eumaeus—волосяные нити.

Полосы волос широко распространены в Северной и Южной Америке, и почти все они маленькие, уклончивые и невзрачные. Их гусеницы, которые обычно питаются разнообразным рационом цветущих растений, обычно хорошо маскируются и не собираются в группы. Ранги Эвмея являются заметными исключениями; настолько, что в течение многих лет некоторые исследователи предполагали, что Эвмея, возможно, вообще не было. Кроме того, из-за древней эволюционной истории саговников большинство ученых предполагали, что шесть членов Эвмеуса развили свою терпимость к циказину и свою заметность очень давно в своей эволюционной истории.

Чтобы решить этот вопрос, Роббинс и его коллеги приступили к секвенированию геномов шести членов Эвмеуса и стайки других волосяных нитей около трех лет назад, используя богатство разнообразных образцов, хранящихся в коллекциях музея, а также некоторые образцы диких бабочек. Эти результаты окончательно показали, что бабочки-эвмеи не были древним эволюционным отклонением от остальных волосяных линий. На самом деле они тесно связаны с парой довольно типичных родов, называемых Теоремами и Митрами.

Результаты также показали, что способность питаться ядовитыми саговниками была таким благом для Эвмея, что она стимулировала безумие быстрых эволюционных изменений, которые опережали все другие полосы волос. Команда также узнала, что Эвмей разделился на две эволюционные линии после того, как они начали есть саговники, поэтому они смогли проанализировать эволюционную черту дважды, включая заметное генетическое сходство, которое было у двух линий в ответ на их новую ядовитую диету.

Когда команда начала анализировать геномы эвмеев, они увидели поразительное количество генетических изменений в частях генома этих бабочек, связанных с созданием различных типов белков. Чтобы выяснить, могут ли эти белки быть связаны с поеданием саговников, исследователи сравнили геномы Eumaeus с бабочками в Theorema, их ближайшими нетоксичными родственниками, у которых есть замаскированные одиночные гусеницы, которые едят стандартный набор цветущих растений.

У Теорем также были некоторые области быстро развивающейся ДНК, которые кодировали построение различных белков. Когда Роббинс и его соавторы сравнили два генома, они отбросили любые области быстрых изменений, которые перекрывались между ними, чтобы, как мы надеемся, изолировать генетические изменения, связанные с борьбой с токсинами саговника.

"Конечно, была основная группа белков, которые прошли через много быстрых изменений в Эвмеусе, но не в волосяных полосах, которые не едят саговники", - сказал Роббинс. "Когда мы смотрели на функцию белков, которые быстро менялись, это было очень сильно на белках, которые разрушали клетки, белки, которые удаляли мертвые остатки клеток и белки, чтобы создать новые клетки."

Роббинс сказал, что эти белки-именно то, что нужно организму, если он должен найти способ безопасно глотать токсин циказинового типа. "Если бы токсины цикады убивали клетки с высокой скоростью, организму пришлось бы разрушать эти клетки, очищать их, а затем очень быстро создавать новые, чтобы избежать каких-либо вредных последствий", - сказал он.

Это исследование подробно описывает эволюцию токсического защитного механизма у этих шести видов бабочек и вытекающие из этого генетические последствия. Хотя появление предупреждающей окраски и ленивого полета, возможно, не так легко обнаружить в генах Эвмея, это произошло параллельно с изменением рациона.

Многие виды бабочек эволюционировали, чтобы сделать себя менее привлекательными для хищников, питаясь токсичными веществами, и Роббинс сказал, что этот эволюционный учет того, как Эвмеус оттачивал свою защиту, может предложить эволюционную модель того, как виды приспосабливаются к жизни с этими токсинами внутри своего тела.

ИСТОЧНИК