120 миллионов лет в одном гене: бабочки и мотыльки хранят секреты юрского периода

Учёные нашли древние «переключатели» окраски крыльев, которые не менялись со времён динозавров

Эволюция часто представляется как бесконечный творческий процесс: природа каждый раз изобретает велосипед заново. Но исследование, опубликованное в журнале PLoS Biology, показывает обратное. Группа учёных из Йоркского университета и Института Уэллкома Сэнгера выяснила, что бабочки и мотыльки, чьи эволюционные пути разошлись более 120 миллионов лет назад, до сих пор используют одни и те же гены для создания защитных узоров на крыльях. И эти гены, скорее всего, достались им от общих предков, живших ещё во времена динозавров.

Объектом исследования стали несколько видов тропических чешуекрылых из Южной Америки. Они не являются близкими родственниками — некоторые относятся к дневным бабочкам, другие к ночным мотылькам. Но у всех на крыльях есть яркие, бросающиеся в глаза рисунки. Такая окраска — не для красоты. Она сигнализирует хищникам: «Я ядовит, не тронь меня». Чем заметнее узор, тем меньше шансов, что птица или ящерица рискнёт атаковать.

Учёные проанализировали геномы этих насекомых и обнаружили, что за формирование предупреждающих окрашиваний отвечают два ключевых гена — ivory и optix. Причём у всех изученных видов работают именно они. Разница в рисунке — пятна, полосы, разводы — определяется не самими генами, а регуляторными участками ДНК, которые решают, где и когда эти гены включатся. Проще говоря, «кирпичи» одни и те же, а архитектура разная.

Один из авторов работы отметил:

«Мы ожидали увидеть множество разных генетических решений, ведь виды разделились так давно. Но реальность оказалась иной — природа нашла один удачный механизм и пользуется им 120 миллионов лет. Это поразительная консервативность».

Исследователи обнаружили даже хромосомную инверсию у одного из видов дневного мотылька — крупную перестройку участка ДНК, которая позволяет добиться аналогичного эффекта в окраске крыльев. То есть эволюция не просто сохранила гены, но и нашла альтернативные способы их регулировки, не меняя сами «инструкции».

Открытие подтверждает, что конвергентная эволюция — появление одинаковых признаков у неродственных организмов — может опираться на ограниченный набор генетических механизмов. Выходит, что эволюционные изменения в некоторых случаях гораздо предсказуемее, чем думали раньше. Если все дороги ведут к одному гену, значит, перестройка вида идёт по рельсам, проложенным миллионы лет назад.

Но самое интересное — возраст этих генов. Консервативные гены насекомых, такие как ivory и optix, восходят к общим предкам бабочек и мотыльков, которые жили ещё в мезозое. Тогда по Земле бродили динозавры, а первые цветковые растения только начинали завоёвывать мир. Древние гены чешуекрылых — своего рода генетическая наследственность динозавров, сохранившаяся в крошечных существах.

Исследователи из Йорка и Сэнгера планируют продолжить работу. Они хотят выяснить, насколько широко распространён этот механизм среди других насекомых. Если окажется, что аналогичные гены управляют окраской у жуков, стрекоз или цикад, теория эволюционной предсказуемости получит ещё одно мощное подтверждение.

Пока же ясно одно: эволюция не спешит изобретать новое, когда старое работает безотказно. Бабочки и мотыльки носят на крыльях узоры, которые «запрограммировали» ещё динозавры. И эта программа не сбоит вот уже 120 миллионов лет.