Jak jeden gatunek staje się dwoma? Jeśli jesteś biologiem, to jest to trudne pytanie. Konsensus jest taki, że w większości przypadków proces specjacji zachodzi, gdy osobniki z jednej populacji zostają geograficznie odizolowane. Jeśli pozostają oddzielone wystarczająco długo, tracą zdolność do krzyżowania się.

Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Materiały konferencyjne Royal Society B: Biological Sciences pokazuje, co się dzieje, gdy występuje mniej powszechna forma specjacji. Zamiast być oddzielonymi przez fizyczną barierę, taką jak pasmo górskie lub ocean, członkowie gatunku mogą zostać oddzieleni w czasie.

Naukowcy skupili się na dwóch blisko spokrewnionych gatunkach ćm, których zasięgi występowania nakładają się na siebie w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych.

„Te dwa są bardzo podobne” — powiedział główny autor Yash Sondhi, który prowadził badania na potrzeby badania, pracując na Florida International University, a później w Florida Museum of Natural History. „Rozróżniły się wzdłuż tej jednej osi, czyli wtedy, gdy latają”.

Ćmy klonowe różowe, w rodzaju Dryocampawyglądają jak coś, co Roald Dahl namalowałby w gorączkowym śnie. Mają gęstą lwią grzywę nad głową i brzuchem, a ich żywe łuski mają kolor truskawkowego i bananowego toffi. Zarówno samce, jak i samice różowych ćm latają wyłącznie w nocy.

Ćmy dębowe różowo-paskowane z rodzaju Anisotasą mniej jaskrawe, z subtelnymi odcieniami ochry, umbry i margli. Podczas gdy samice tego gatunku są aktywne o zmierzchu i wczesnym wieczorem, samce wolą latać w ciągu dnia.

Sondhi wiedział z poprzednich badań, że te dwie grupy, Dryocampa I Anisotapochodzi z jednego gatunku około 3,8 miliona lat temu, co jest stosunkowo niedawne w ewolucyjnych skalach czasowych. W rodzaju jest garść gatunków Anisotawszystkie aktywne w ciągu dnia. Nocne ćmy klonowe są jedynym gatunkiem w tym rodzaju Dryocampa.

Sondhi specjalizuje się w biologii wzroku owadów i uznał tę parę ćm za doskonałą okazję do zbadania, w jaki sposób wzrok ewoluuje, gdy gatunek zmienia wzorzec aktywności.

Ale nie wszystko poszło zgodnie z planem.

„Szukałem różnic w widzeniu kolorów. Zamiast tego znaleźliśmy różnice w ich genach zegara, co z perspektywy czasu wydaje się sensowne” – powiedział Sondhi.

Geny zegara kontrolują rytm dobowy roślin i zwierząt. Przypływ i odpływ białek, które tworzą, powoduje, że komórki stają się aktywne lub uśpione w okresie około 24 godzin. Wpływają na wszystko, od metabolizmu i wzrostu komórek po ciśnienie krwi i temperaturę ciała.

W przypadku każdego organizmu, który odwraca swój wzorzec aktywności, geny zegara są niemal na pewno zaangażowane. „To system, który został zachowany u wszystkiego, od muszek owocowych po ssaki i rośliny. Wszystkie mają jakiś mechanizm odmierzania czasu” – powiedział.

Sondhi porównał transkryptomy obu motyli. W przeciwieństwie do genomów, które zawierają całe DNA organizmu, transkryptomy zawierają tylko podzbiór materiału genetycznego, który jest aktywnie wykorzystywany do wytwarzania białek. Dzięki temu są przydatne do badania różnic w poziomach białka w ciągu dnia.

Zgodnie z oczekiwaniami Sondhi odkrył szereg genów, które były wyrażane w różnych ilościach u obu gatunków motyli. Nocne ćmy klonu różowego inwestowały więcej energii w zmysł węchu, podczas gdy latające w ciągu dnia ćmy dębowca produkowały więcej genów związanych ze wzrokiem.

Nie było jednak różnic w genach, które nadają zdolność widzenia kolorów. Nie oznacza to koniecznie, że ich widzenie kolorów jest identyczne, ale jeśli różnice istnieją, to prawdopodobnie dotyczą one poziomu dostrojenia i wrażliwości, a nie struktury samych genów.

Był jeszcze jeden gen, który się wyróżniał. BezładnyLub dyskotekabył wyrażany na różnych poziomach w ciągu dnia i nocy u obu gatunków. U muszek owocowych, dyskoteka Wiadomo, że pośrednio wpływa na rytmy dobowe poprzez produkcję neuronów, które przekazują enzymy zegara biologicznego z mózgu do organizmu.

Ten dyskoteka gen, który Sondhi znalazł w swoich próbkach ćmy, był dwa razy większy od swojego odpowiednika w postaci muszki owocowej i miał dodatkowe cynkowe palce — aktywne części genu, który bezpośrednio oddziałuje z DNA, RNA i białkami. Wydawało się prawdopodobne, że zmiany w dyskoteka Geny te były przynajmniej częściowo odpowiedzialne za przejście na nocne loty u ćmy różanecznika.

Kiedy porównał dyskoteka genu motyli klonowca różowego z tym u gąsienic dębowych, odkrył 23 mutacje, które odróżniały je od siebie. Mutacje znajdowały się również w aktywnych częściach genu, co oznacza, że ​​prawdopodobnie przyczyniają się do obserwowalnych różnic fizycznych między motylami. Sondhi przyglądał się ewolucji w działaniu.

„Jeśli potwierdzi się to funkcjonalnie, będzie to naprawdę konkretny przykład mechanizmu, który stoi za tym, w jaki sposób powstały gatunki na poziomie molekularnym, co jest rzadkością” – powiedział.

Badanie jest również ważnym impulsem do lepszego zrozumienia różnych sposobów, w jakie życie podtrzymuje się i rozprzestrzenia. Kiedy genetyka stała się po raz pierwszy dziedziną badań, naukowcy skupili większość swoich wysiłków na kilku reprezentatywnych gatunkach, takich jak muszki owocówki lub myszy laboratoryjne. Zrobiono to głównie ze względów praktycznych, ale ogranicza to naszą wiedzę o szerokich wzorcach biologicznych. Tak jak człowiek nie jest myszą laboratoryjną, tak ćma nie jest muszką owocówką.

„W miarę jak gatunki będą się nadal kurczyć z powodu zmian klimatycznych i innych zmian antropogenicznych, będziemy musieli zmodyfikować genetycznie większą liczbę tych, które pozostaną, aby umożliwić tolerancję na suszę, na przykład, lub być aktywnymi w reżimach zanieczyszczonych światłem. Aby to zrobić konsekwentnie, posiadanie szerszej puli funkcjonalnie scharakteryzowanych genów w organizmach jest kluczowe. Nie możemy po prostu użyć Muszka owocowa„- powiedział Sondhi.

-30-

Florida Museum of Natural History od ponad wieku inspiruje ludzi do doceniania i ochrony bogactwa biologicznego i dziedzictwa kulturowego naszego zróżnicowanego świata. Znajdujące się na terenie kampusu University of Florida, Florida Museum jest domem dla ponad 40 milionów okazów i artefaktów, jednej z największych kolekcji historii naturalnej w kraju. Aby uzyskać więcej informacji na temat badań i kolekcji Florida Museum, odwiedź stronę www.floridamuseum.ufl.edu/science/ lub śledź nas w mediach społecznościowych, @FloridaMuseum.

-###-