Многие насекомые видят мир через сотни крошечных линз, которые сгруппированы вместе в органе зрения, известном как фасеточный (сложный) глаз. За каждой линзой находится скопление из 8 светочувствительных клеток, расположенных в соответствии с узором, который, по мнению ученых, существует уже сотни миллионов лет.
Бабочки — редкое исключение. Они оснащены 9 светочувствительными клетками, что дает им возможность визуально ориентироваться в гораздо более богатом цветовом мире по сравнению с такими насекомыми, как мухи, и находить нектар и потенциальных партнеров для спаривания. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили генетическую модификацию, которая дала бабочкам это визуальное преимущество.
«Бабочки видят гораздо больше цветов, чем мухи, потому что в какой-то момент своей эволюции они обзавелись фоторецептором в каждой ячейке своего фасеточного глаза — это редкое исключение из правил строения глаза, которое сохранялось у насекомых на протяжении сотен миллионов лет», — сказал Перри, преподаватель кафедры клеточной биологии и биологии развития. «Мы нашли генетический переключатель, который это сделал».
В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, Перри и его коллеги определили генетические этапы, связанные с появлением девятого фоторецептора у крапивниц — самого распространенного вида бабочек в мире. В то время как у мух есть светочувствительные клетки, известные как фоторецепторы R1-R8, бабочки расширили свое цветовое зрение, добавив второй фоторецептор R7 в каждую единицу глаза, как выяснили исследователи. Чтобы проверить, достаточно ли этого генетического изменения, ученые воссоздали его у плодовой мушки, включив в клетках ген, который в норме выключен, и активировав его в тот короткий период, когда формируется глаз. Так появилась «муха-бабочка», у которой глаза растут по принципу бабочки, с 9 клетками на единицу глаза вместо 8.
Новый светочувствительный рецептор в глазу бесполезен, если мозг не может подключиться к новой информации, поступающей от него. Исследователи обнаружили, что мозг мухи-бабочки точно знал, как работать с новым фоторецептором, используя дополнительные «резервные» нейроны, и задействовал их.
«Когда мы дали запасным нейронам что-то, с чем они могли бы соединиться, они выжили и сразу же образовали правильные связи — без каких-либо дальнейших генетических изменений, — говорит Перри. — Другими словами, мозг был готов до того, как об этом попросил глаз. Это редкий случай, когда эволюция задействует нейроны, которые в противном случае бы погибли».
Результаты исследования дают представление о том, как насекомые смогли приспособиться к новым условиям, чтобы эволюционно адаптироваться к возникающей потребности в их среде обитания: повышенной способности визуализировать цветущие растения.
Команда также обнаружила бражника, который, судя по всему, находится на полпути к тому же переходу: нижняя половина его глаза похожа на глаз бабочки, где на единицу приходится 2 такие клетки, а верхняя половина — на глаз мухи, где на единицу приходится 1 такая клетка. Примерно такого результата можно было бы ожидать, если бы изменения начались в одной области глаза и распространились.
В настоящее время исследовательская группа изучает другие вопросы, на которые пока нет ответа, например сложный для изучения вопрос о том, действительно ли муха-бабочка может видеть более яркие цвета благодаря дополнительному фоторецептору, как это делают бабочки.
[Фото: Perry Lab, UC San Diego]
