Подобно многим животным, плодовая мушка дрозофила имеет гены, ответственные за работу биологических часов, то есть суточных ритмов. Оказывается, эти насекомые приобрели их сравнительно недавно, при расселении по Европе. В новой публикации ученые рассказали о механизмах этой адаптации дрозофил.
Дрозофилы на севере приобрели особые биологические ритмы / © Chip2222, Flickr
Эволюция не прекращает работу ни на минуту и всегда находит новые способы удивить тех, кто возьмется ее исследовать. К примеру, у многих живых существ возникли различные адаптации к суточным ритмам — их продолжительность равна примерно 24 часам. Есть они и у плодовых мушек дрозофил — излюбленного объекта исследований биологов.
Оказывается, один из вариантов специализированного гена биологических часов возник у Drosophila melanogaster примерно 300-3000 лет назад, когда эти насекомые обитали только на юге Европы. Сегодня такой вариант (аллель) все чаще встречается у дрозофилы в Северной Европе, включая Скандинавию. Механизмы этого оставались загадкой, однако теперь нейробиологи из Университета Мюнстера (Германия) нашли объяснение. Их работа опубликована в свежем выпуске журнала Nature Communications.
В статье описаны специализированные гены под названием timeless («вне времени») и period («период»). Вместе они управляют суточным ритмом плодовой мушки, продолжительность которого, как и положено, близка к 24 часам. Этот ритм постоянно корректируется на основании внешних стимулов, обозначенных немецким словом «zeitgeber» (буквально «таймер»).
Дрозофила оказалась способна подводить свои «внутренние часы» в соответствии с изменениями уровня освещенности и температуры. Ученых особенно заинтересовало, почему один из вариантов (аллелей) гена timeless в последнее время быстро распространяется среди дрозофил.
«Подобно людям, дрозофила возникла в Тропической Африке и далее расселялась на север, достигнув в итоге Северного полярного круга, — рассказывает первый автор новой статьи Анжелика Ламаз (Angelique Lamaze). — Там мухи оказались в условиях длинных дней или даже постоянной освещенности летом, так называемых белых ночей».
Периоды постоянной освещенности привели биологические часы дрозофилы в негодность. Дело в том, что кодируемый геном timeless белок просто разрушался в процессе химических реакций. И в итоге весь этот сложный молекулярный комплекс адаптации к суточным ритмам деградировал.
Однако жизнь дрозофил не осталась совсем без всякого ритма. Дело в том, что циклические изменения температуры не зависят от такой причуды высоких широт, как белые ночи. Оказывается, мухи, имеющие тот самый особый аллель гена timeless, благодаря нему смогли использовать изменения температуры окружающей среды, соответствующие условиям скандинавского лета.
Одним из доказательств этого стал уровень активности дрозофил — то, насколько они подвижны. Если их освещали сутки напролет и ритмично изменяли температуру в диапазоне от 16 до 25 градусов, то обладатели заветного аллеля были особенно деятельны во второй половине теплой части «суток». При постоянных температуре и освещенности никакой ритмичности за мухами замечено не было. Не оказалось режима дня и у насекомых, имеющих другой аллель гена timeless.
«С точки зрения эволюционной биологии эту поведенческую адаптацию легко объяснить, — продолжает Анжелик. — Лето — период размножения насекомых. Животные, которые имеют синхронизированные ритмы, оказываются готовы к размножению в одно и то же время суток и имеют больше шансов на встречу и спаривание». Она подчеркивает, что благодаря особому аллелю гена timeless такая синхронизация возможна даже в условиях необычайно продолжительных белых ночей.
