W świecie badań biologicznych zrozumienie mechanizmów determinujących płeć ma fundamentalne znaczenie. Podczas gdy geny ludzi i innych ssaków opierają się na znanych chromosomach X i Y, natura wykazuje niezwykłą różnorodność rozwiązań tego istotnego procesu. Nowe badanie rzuca światło na genetyczne podstawy determinacji płci u motyla i ujawnia potencjalne zagrożenia dla zagrożonych populacji.

Określenie płci motyla

Motyle, podobnie jak ćmy, należą do rzędu owadów Lepidoptera. W przeciwieństwie do ludzi, którzy do określania płci opierają się na układzie chromosomów X i Y, Lepidoptera wykorzystują system WZ.

W tym systemie kobiety posiadają dwa różne chromosomy płci, W i Z, podczas gdy mężczyźni mają dwa chromosomy Z. Jednak historia na tym się nie kończy. Sposób, w jaki ten system przekłada się na rozwój samca lub samicy, różni się znacznie w zależności od gatunku motyla.

U niektórych gatunków motyli obecność chromosomu W jest kluczowym czynnikiem powodującym rozwój w samicę. I odwrotnie, inne gatunki w ogóle nie mają chromosomu W u samic.

Ta niezwykła różnorodność mechanizmów determinacji płci u Lepidoptera od dłuższego czasu intryguje badaczy. Pracowali nad uzyskaniem pełniejszego zrozumienia procesu przekształcania się motyli w samce i samice w tej ogromnej grupie owadów.

Mrużący, brązowy motyl

Aby zgłębić tajemnice determinacji płci motyla, badacze z Centrum Biologii Czeskiej Akademii Nauk i Uniwersytetu w Liverpoolu zwrócili uwagę na mrużącego oczy motyla brunatnego (Bicyclus anynana). Ten afrykański gatunek stał się organizmem preferowanym do badań z kilku powodów:

• Genetyczny plan działania: Naukowcy w pełni zsekwencjonowali genom mrużącego krzaka, dostarczając szczegółową mapę do badań.
• Przyjazny dla laboratorium: Motyl rozwija się w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych, łatwo się rozmnażając i oferując badaczom obszerny materiał do badań.

Dochodzenie zespołu badawczego doprowadziło do istotnego odkrycia. Zidentyfikowali pojedynczy gen, który nazwali Maskulinizatorjako główny czynnik kontrolujący determinację płci u B. anynana. Specyficzne odmiany tego genu, zwane allelami, decydują o tym, czy dany motyl rozwinie się jako samiec czy samica.

Jeden allel Maskulinizator pobudza rozwój kobiety. Kiedy motyl dziedziczy dwa różne allele genu, następuje rozwój samca. Jednakże zarodki posiadające dwa identyczne Maskulinizator allele nie przeżywają. Ta śmiercionośna kombinacja podkreśla znaczenie różnorodności genetycznej: w dużych populacjach o bogatej różnorodności Maskulinizator alleli, spotkania pomiędzy identycznymi wersjami są rzadkie.

„Gatunki te mają różne mechanizmy determinujące płeć, które nie są jeszcze znane. Mechanizm, który odkryliśmy u Bicyclus anynana, bardzo różni się od mechanizmu zależnego od chromosomu W, odkrytego wcześniej u jedwabnika Bombyx mori” – wyjaśniają naukowcy.

Zbieżna ewolucja pszczół miodnych

Badanie mrużącego brunatnego motyla ujawniło zaskakujący zwrot akcji. System determinacji płci zidentyfikowany u tego motyla bardzo przypomina mechanizm działający u pszczół miodnych. To niezwykłe podobieństwo jest doskonałym przykładem ewolucji zbieżnej, która ma miejsce, gdy niepowiązane organizmy rozwijają uderzająco podobne cechy w wyniku stawiania czoła podobnym presjom środowiskowym.

W tym przypadku wydaje się, że zarówno motyle, jak i pszczoły miodne, pomimo przynależności do odrębnych grup owadów, doszły do ​​tego samego rozwiązania w kwestii determinacji płci niezależnymi ścieżkami ewolucyjnymi.

Ten wspólny system determinacji płci sugeruje możliwe istnienie podstawowych szlaków genetycznych regulujących różnicowanie płci u szerszej gamy owadów. Odkrycie w B. anynana wskazuje na głębsze powiązanie ewolucyjne, w przypadku którego ścieżki te mogły pochodzić od wspólnego przodka, a następnie z biegiem czasu rozeszły się w miarę oddzielnej ewolucji tych grup owadów.

Seks i ochrona motyli

Odkrycie ma istotne implikacje dla ochrony motyli. Liczba wielu gatunków motyli znacznie zanika. Spadek populacji prowadzi do zmniejszenia różnorodności genetycznej.

To z kolei zwiększa prawdopodobieństwo, że zarodki odziedziczą identyczne, niezgodne Maskulinizator allele. Potencjalna utrata potomstwa może zaostrzyć wyzwania stojące przed malejącą populacją motyli.

Badanie to podkreśla wartość badań podstawowych nad pozornie prostymi kwestiami biologicznymi. Zrozumienie mechaniki determinacji płci u niepozornego gatunku motyla pozwoliło odkryć ukryte ryzyko dla bezbronnych populacji, co świadczy o dalekosiężnym wpływie pozornie niewielkich różnic genetycznych.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Postęp nauki.

—–

Podoba Ci się to, co czytasz? Zapisz się do naszego biuletynu, aby otrzymywać ciekawe artykuły, ekskluzywne treści i najnowsze aktualizacje.

Sprawdź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji udostępnionej przez Erica Rallsa i Earth.com.

—–