Naukowcy z Centrum Biologii Czeskiej Akademii Nauk we współpracy z Uniwersytetem w Liverpoolu odkryli mechanizm genetyczny decydujący o tym, czy osobniki gatunku motyla Bicyclus anynana stają się samcami czy samicami.

Odkryli także, że jeśli osobniki z tym samym wariantem genu determinującego płeć połączą się w pary, zarodki nie przeżyją. Może to mieć krytyczne konsekwencje w populacjach małych motyli o niskim zróżnicowaniu genetycznym, gdzie dochodzi do krycia między spokrewnionymi osobnikami.

Po raz pierwszy naukowcy opisali ten mechanizm u motyli i, co zaskakujące, przypomina on podobny mechanizm u pszczół miodnych. Odkrycie zostało opublikowane w czasopiśmie Postęp nauki.

Mrużący krzew Bicyclus anynana pochodzi z kontynentu afrykańskiego. Jest często wykorzystywany do badań genetycznych, częściowo ze względu na zdolność do szybkiego rozmnażania się i stosunkowo łatwego rozmnażania w warunkach laboratoryjnych, a ponadto cały jego genom został już zsekwencjonowany.

Jak odkryli entomolodzy pod przewodnictwem Arjena Van’t Hofa z Centrum Biologii CAS i międzynarodowy zespół współpracowników, płeć tego motyla jest regulowana przez różne kombinacje wariantów genu zwanego Masculinizerem. Pojedynczy wariant prowadzi do rozwoju żeńskiego, a dwa różne warianty prowadzą do rozwoju męskiego.

Motyle umierają jako embriony, gdy połączy się dwa identyczne warianty Masculinizera, ale jest to bardzo rzadkie w populacjach naturalnych, ponieważ znaleziono ogromną liczbę różnych wariantów. Szansa na pojawienie się dwóch identycznych wariantów prowadzących do śmierci embrionalnej staje się znacznie większa w populacjach silnie zanikających, o zmniejszonej zmienności genetycznej spowodowanej chowem wsobnym.

Wiele gatunków motyli znacznie zanika, a jeśli inne gatunki rzeczywiście mają ten sam mechanizm co Bicyclus anynana, może to mieć poważne konsekwencje dla gatunków krytycznie zagrożonych.

Ten mechanizm determinacji płci jest pierwszym mechanizmem występującym u motyli i, co zaskakujące, bardziej przypomina mechanizm pszczół miodnych należących do innej grupy owadów niż jedwabnika należącego do tego samego rzędu owadów. Ten sam mechanizm wyewoluował niezależnie u Bicyclus anynana i pszczół miodnych, co czyni go wyraźnym przykładem ewolucji zbieżnej.

Odkryte mechanizmy genetyczne determinujące płeć

Rozwój w dwie różne płcie jest jedną z najważniejszych cech biologicznych, lecz pomimo tego znaczenia, u większości gatunków leżące u ich podstaw mechanizmy genetyczne nie zostały odkryte. Głównym powodem, dla którego tak wiele jest wciąż nieznanych, jest to, że mechanizmy są niezwykle różnorodne.

Lepidoptera, duża grupa owadów składająca się z motyli i ćmy, ma chromosomy płci W i Z zamiast X i Y. Kobiety zwykle mają chromosom W i Z, a samce mają dwa chromosomy Z. U niektórych gatunków płeć jest determinowana przez chromosom W, ale są też gatunki, u których samice nie mają chromosomu W.

„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” – twierdzą naukowcy.