Астероїд, який 66 мільйонів років тому знищив динозаврів, міг одночасно підштовхнути до розквіту мурах, а прихований двигун цієї еволюційної «експансії» вчені знайшли прямо в їхній ДНК. За даними дослідження, про яке розповідає ScienceDaily, важливу роль зіграли так звані транспозони — «стрибучі гени», що здатні переміщуватися в геномі.
Як астероїд і геномні стрибки пов’язані з успіхом мурах
Після падіння астероїда та масового вимирання багато екологічних ніш на планеті спорожніли, відкривши шлях для нових груп тварин. Мурахи виявилися серед тих, хто особливо успішно скористався цими можливостями: сьогодні це найбільша родина соціальних комах, відома більш ніж за 15 000 видів.
Нове дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, показує, що їхній винятковий еволюційний успіх частково пов’язаний із мобільними ділянками ДНК — транспозонами. Міжнародну роботу очолив доктор Лукас Шрадер (Lukas Schrader) з Інституту еволюції та біорізноманіття Університету Мюнстера.
Коли вчені порівняли різні групи мурах, виявилося, що ті лінії, у геномі яких накопичилося найбільше «стрибучих генів», сьогодні мають і найбільшу кількість видів. Тобто багатство транспозонів у минулому пов’язане з різноманіттям мурах у наш час.
Ще показовішим виявився час цих генетичних подій. Дослідники з’ясували, що кілька великих ліній мурах пережили окремі спалахи активності транспозонів на початку палеогену — приблизно 66 мільйонів років тому, невдовзі після падіння астероїда. Ці «геномні вибухи» передували періодам, коли відповідні групи почали розгалужуватися на тисячі сучасних видів.
На думку авторів, саме транспозони можуть бути тим геномним механізмом, який пов’язує екологічні потрясіння після астероїдного удару з подальшою швидкою диверсифікацією мурах.
Подібний еволюційний малюнок спостерігають не лише в мурах. Попередні роботи також виявляли періоди підвищеної активності «стрибучих генів», що збігалися з появою нових видів у приматів, кажанів та інших груп тварин.
Від «геномних паразитів» до рушія еволюції
Транспозони — це фрагменти ДНК, які можуть переміщуватися в межах геному та створювати додаткові копії самих себе. Раніше їх здебільшого вважали «геномними паразитами»: подібно до вірусів, вони розмножуються, не приносячи очевидної користі організму, а іноді навіть спричиняючи порушення роботи генів і хвороби.
Однак останніми роками дослідники дедалі частіше знаходять приклади, коли такі мобільні елементи створюють «сировину» для еволюційних змін — нові варіанти послідовностей, які природний добір може використати. Робота команди Шрадера додає до цього переліку ще один яскравий приклад, пов’язаний із мурахами.
Покращена хімічна мова мурах
Окрім зв’язку з кількістю видів, вчені виявили ще одну важливу роль транспозонів: вони, ймовірно, сприяли розширенню генних родин, відповідальних за хімічну комунікацію мурах.
Особливу увагу дослідники звернули на гени одорантних рецепторів — білків, що дозволяють мурахам відчувати запахи. Ці рецептори критично важливі майже для всіх аспектів соціальної поведінки: від орієнтації в просторі та пошуку їжі до розпізнавання членів власної колонії й координації спільних дій.
Результати свідчать, що «стрибучі гени» могли сприяти розширенню саме цих сенсорних систем. Це, у свою чергу, могло підвищити здатність мурах сприймати й інтерпретувати хімічні сигнали, на яких тримається складна організація їхніх колоній.
Сто мільйонів років еволюції під мікроскопом
Щоб простежити, як транспозони впливали на еволюцію мурах, міжнародна команда проаналізувала та порівняла геноми 163 видів. Вони представляли 12 із 16 сучасних підродин мурах, що дало широкий огляд генетичного різноманіття цієї групи.
На основі цих порівнянь дослідники реконструювали історію транспозонів за останні приблизно 100 мільйонів років — коли вони з’являлися, активізувалися та змінювали свою роль у геномі. Отримана картина показала виразний зв’язок між давніми спалахами активності «стрибучих генів» і подальшою диверсифікацією мурах.
Таким чином, послідовності ДНК, які колись вважалися лише генетичними паразитами, виявляються потенційними каталізаторами еволюції однієї з найуспішніших груп комах на Землі. Нове дослідження не стверджує, що транспозони були єдиною причиною тріумфу мурах, але показує, що без їхнього внеску історія цих соціальних комах могла б виглядати зовсім інакше.