Генетики объяснили потемнение «дарвиновских» бабочек в индустриальную эпоху

История березовых пядениц (Biston betularia) стала одним из классических примеров движущего отбора в эволюции. Вплоть до XIX в. эти бабочки поголовно имели бело-серую окраску, помогавшую им мимикрировать под кору березы. Однако затем стали все чаще появляться почти черные меланистические формы: индустриальная революция, которая базировалась на сжигании угля, привела к выбросам в атмосферу больших количеств сажи. Стволы берез темнели, и потому лишь более темные бабочки могли по-прежнему эффективно скрываться на них от птиц.

Этот процесс, названный индустриальным меланизмом, проявлялся более столетие. К 1950 году уже около 90% пядениц, живущих близ крупных промышленных центров Великобритании, были черными. Однако по мере повышения экологических стандартов и переноса производства из развитых стран в развивающиеся качество местного воздуха стало улучшаться. Уже в 1970-х обычные «рябые» березовые пяденицы стали возвращаться, а сегодня они составляют 90% популяций.

К сожалению, эта яркая эволюционная история остается неполной: до сих пор не была известна генетическая основа быстрых изменений, происходивших с бабочками. Лишь в 2011 г. исследователь из Ливерпульского университета Илик Сакьери (Ilik Saccheri) и его коллеги сумели локализовать возможную мутацию на одной из хромосом насекомого. В своей новой работе, результаты которой публикует журнал Nature, они установили последовательность ДНК этого подозрительного участка у «белых» и «черных» пядениц, обнаружив целых 87 отличий. Расширив поиск, авторы проанализировали эти 87 мутаций на более широкой выборке – 283 «белых» и 110 «черных» бабочек. И лишь тогда виновная в перемене окраски мутация была найдена.

У 95% меланистических пядениц имеется небольшая вставка, мобильный генетический элемент, появившийся в гене cortex, описанном для дрозофил, у которых он участвует в клеточном делении и эмбриональном развитии. Такой вариант оказался неожиданным для ученых. Пока что они не могут объяснить, как именно мутация cortex могла сказаться на окраске крыльев. Однако возможный механизм все-таки имеется.

Дело в том, что окраска крыльев бабочки определяется крошечными чешуйками, которые покрывают их подобно мозаике. Появление и рост чешуек разного цвета происходит не одновременно, и если cortex повлиял на их развитие, он мог изменить и окраску пядениц.