Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24 октября
Михаил Орлов
2 190

Узоры на крыльях бабочек создала «мусорная» ДНК

4.3

Красочный и разнообразный орнамент крыльев бабочек образован блоками с различной формой, цветом и взаимным расположением. После многих лет исследований ученые, наконец, выяснили эволюционные механизмы, создавшие эти узоры. Оказалось, они связаны с рядом древних некодирующих ДНК и особыми «переключателями» в них.

Крыло бабочки-монарха Danaus plexippus
Крыло бабочки-монарха Danaus plexippus / © wikimedia

Крылья бабочки привлекали внимание людей с глубокой древности. Кому-то они служили поэтическим вдохновением, для кого-то были объектом для любопытства или коллекционирования. Глядя на бабочек, нам действительно есть чему удивляться: это эффектные насекомые, представители огромного и повсеместно распространенного отряда, который на современной Земле процветает.

Известно более 150 тысяч видов бабочек, немало описано по окаменелостям, и огромное множество только предстоит описать. С точки зрения эволюции этот отряд насекомых молод: самые древние ископаемые его представители жили в позднем мезозое.

Бабочки имеют неповторимый и легко узнаваемый внешний облик, в котором выделяются крупные и обычно яркие крылья — если речь идет не о молях, мелких ночных бабочках.

Узоры чешуекрылых сложны и зачастую уникальны для конкретного вида. По названию отряда нетрудно догадаться, что их крылья покрыты чешуйками — плоскими и хрупкими видоизмененными щетинками. Броская окраска такого крыла определяется и особыми пигментами, и даже сложными физическими явлениями вроде интерференции и дисперсии.

Более ста лет ученые пытались выяснить эволюционные механизмы позади этого шедевра. Теперь это, наконец, удалось — по такому случаю крыло бабочки попало на обложку октябрьского выпуска Science, лидирующего научного журнала.

Авторы новой статьи выяснили, что ключевую роль в окраске бабочек играют некодирующие участки их генома, то есть те, что не используются в качестве матрицы для синтеза белка. Долгое время, после открытия структуры ДНК и формулировки центральной догмы молекулярной биологии (ЦДМБ), эти последовательности считали «балластной» или даже «паразитической» частью генома. Но теперь понятно, что некодирующие, повторяющиеся и прочие типы последовательностей ДНК также необходимы — для регуляции работы генов, поддержания структуры генома, быстрых эволюционных изменений, и не только.

Обложка журнала Science за октябрь 2022 года / © science.org

И новая работа, посвященная геномике бабочек, это лишний раз подтвердила. Верным оказалось и предположение о существовании в геномах чешуекрылых некоторого «генерального плана» — универсального механизма, определяющего их окраску. В этом отношении все разнообразие и пестрота их крыльев созданы единым эволюционным механизмом и имеют общее происхождение.

В то же время каждый неповторимый орнамент создан множеством «переключателей», локализованных в некодирующей ДНК. Это регуляторные участки, способные активировать конкретные гены и области генома — или, напротив, подавлять их работу.

Ранее те же ученые выявили ключевые гены окраски крыла бабочки: WntA определяет образование полосок, а Optix — окраску и ее переливы.

«Нас интересует, как один и тот же ген может сдавать такое внешнее разнообразие бабочек, — говорит Анти Мазо-Варгоз (Anyi Mazo-Vargas), первый автор статьи. — Мы обнаружили очень консервативную группу переключателей, которые работают в различных участках, способны активироваться и управлять работой определенного гена».

В новой статье авторы исследовали 46 некодирующих участков ДНК пяти видов бабочек семейства нимфалид — крупнейшего в отряде и насчитывающего более шести тысяч видов. С помощью технологии генного редактирования CRISPR-Cas они поочередно «выключали» каждый из этих регуляторных участков и таком образом узнали их функции.

Ученые также показали, что у четырех видов (Junonia coenia, Vanessa cardui, Heliconius himera и Agraulis vanillae) все изученные некодирующие элементы выполняют похожие функции и связаны с геном WntA. Выходит, это эволюционно консервативные части генома, которые возникли давно и очень медленно изменяются со временем.

Бабочка-монарх (Danaus plexippus) в то же время регулирует работу этого гена иначе. Вероятно, причиной стала потеря «стандартного» регуляторного элемента для WntA.

Рассматривая изученных ими бабочек как частный пример общей закономерности, авторы подчеркнули, что некодирующие области ДНК в целом играют гораздо большую роль в эволюции, чем принято считать.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
8 часов назад
Александр Березин

Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?

Позавчера, 11:38
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

Сегодня, 09:22
Василий Парфенов

Аббревиатура ЖКХ хорошо знакома каждому россиянину. За ней скрывается целый спектр привычных образов. При этом цифровизация и применение искусственного интеллекта в этом контексте вспоминаются далеко не первыми. Сфера коммунальных услуг не чужда высоким технологиям, просто они не всегда заметны пользователю. Naked Science рассказывает, как искусственный интеллект, большие данные, нейросети и машинное обучение делают городскую инфраструктуру надежнее и эффективнее.

2 декабря
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

2 декабря
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

Позавчера, 11:38
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: