При участии колумбийских ученых было проведено исследование, в ходе которого было перерисовано эволюционное древо тигрокрылых бабочек и выявлено шесть новых видов.

Бабочки-тигровые и стеклянные ( Ithomiine ), насчитывающие более 400 видов, распространены в Центральной и Южной Америке и составляют значительную часть бабочек этих регионов. Это делает их хорошими экологическими индикаторами в условиях богатого биоразнообразием региона, такого как Амазония.

Однако сходство окраски (указывающее на токсичность для отпугивания птиц) различных видов этих насекомых создает трудности для их изучения и мониторинга.

Чтобы глубже изучить генетические различия, лежащие в основе небольших вариаций между видами, новое исследование поставило цель переосмыслить генеалогическое древо этого подсемейства.

Исследование, опубликованное в Трудах Национальной академии наук (PNAS), предлагает новый взгляд на этих бабочек, а также на факторы, участвующие в быстрой диверсификации видов, и на то, почему некоторые из них более приспособлены .

Среди открытий, которые помогают нам понять, как развивалась жизнь до сих пор, и могут дать подсказки относительно того, как она может измениться в будущем, — тот факт, что некоторые из этих бабочек могут обнаруживать других представителей своего вида с помощью химических сигналов, что позволяет им узнавать друг друга в областях, где сосуществуют несколько видов с идентичным внешним видом.

Учёные обнаружили, что даже самые близкородственные виды бабочек-тигровых крылаток вырабатывают разные феромоны, что указывает на то, что они могут узнавать друг друга по этим химическим сигналам. Поскольку эти бабочки выглядят одинаково, предупреждая хищников о своей токсичности, этот механизм позволяет им находить совместимых партнёров.

В международную группу, проводившую это исследование, вошли эксперты из Института Уэллкома Сэнгера, Регионального университета Амазонии в Икиаме (Эквадор), Государственного университета Кампинаса (Бразилия), Кембриджского университета и других учреждений.

В этом междисциплинарном исследовании приняли участие и сотрудничали Камило Салазар , исследователь и профессор Школы естественных наук и инженерии Университета Росарио, и Никол Руэда , выпускник докторантуры в области биомедицинских и биологических наук того же учебного заведения, представлявшие Колумбию.

Ева ван дер Хейден, ведущий автор из Института Уэллкома Сенгера и Кембриджского университета, объяснила, что этот проект возник потому, что тигрокрылые бабочки — невероятно адаптируемая группа, которая вот уже около 150 лет представляет ценность для экологических исследований.

«Однако до сих пор у нас не было надёжных генетических ресурсов для идентификации их видов, что затрудняет их мониторинг. С помощью этого нового эволюционного древа и референтных геномов мы надеемся продвинуть исследования в области биоразнообразия и охраны природы во всём мире, а также защитить этих бабочек и других насекомых, которые играют ключевую роль в экосистемах планеты», — отметил эксперт.

Кэролайн Бакет, ведущий автор исследования из Университета Икиам (Эквадор), объяснила, что наличие референтных геномов родов Mechanitis и Melinaea позволило им проанализировать, как они адаптировались к сосуществованию со своими стекляннокрылыми родственниками. «Они используют общую окраску, чтобы отпугивать хищников, но производят разные феромоны, которые позволяют им находить партнёров . Теперь, когда мы можем различать виды, мы можем искать специфические маркеры для отслеживания их в полевых условиях », — отметила она.

Среди особенностей этой группы бабочек, привлекших внимание учёных, – их «быстрая радиация», то есть возникновение множества новых видов от общего предка за короткий промежуток времени. Ввиду их близкого родства визуальная идентификация и отслеживание их популяции затруднены.

Чтобы решить эту проблему, международная группа секвенировала геномы почти всех видов, относящихся к двум быстрым радиациям этой группы, чтобы воссоздать их эволюционные древа . Из них были отобраны и секвенированы десять видов до уровня «референтного генома», и их данные находятся в свободном доступе для научного сообщества.

Благодаря этому генетическому картированию команда определила, что шесть подвидов отличаются друг от друга сильнее, чем считалось ранее, и теперь считаются новыми видами. Более того, изучение их генома позволяет выявить визуальные различия, полезные для мониторинга после того, как они будут выделены в отдельные виды.

Исследователи также проанализировали геномы, чтобы понять удивительную скорость, с которой эти бабочки порождают новые виды. Хотя у большинства бабочек 31 хромосома, у тигровых бабочек их число варьируется от 13 до 28. Хотя большинство генов у них одинаковые, они организованы по-разному в хромосомах каждого вида – явление, известное как перестройка хромосом.

Эти перестройки влияют на репродуктивную функцию. Для образования сперматозоидов и яйцеклеток хромосомы должны быть расположены правильно. При спаривании двух бабочек с разными перестройками их потомство обычно бесплодно. Поэтому у бабочек выработался механизм, основанный на феромонах, для определения совместимых партнёров на хромосомном уровне, что позволяет избежать бесплодного потомства.

Исследование предполагает, что высокая степень хромосомных перестроек является ключом к способности тигровых крыльев быстро формировать новые виды. Как только популяция меняет число хромосом и становится отдельным видом, она может быстрее адаптироваться к новым высотам или новым растениям-хозяевам. Однако причина такого количества хромосомных изменений у них до сих пор неизвестна , и учёные продолжают исследовать эту загадку.

Джоана Мейер, ведущий автор из Института Уэллкома Сэнгера, отметила, что в условиях глобального кризиса вымирания понимание того, как появляются новые виды, и почему некоторые из них эволюционируют так быстро, имеет ключевое значение для их сохранения. «Сравнение бабочек, которые быстро диверсифицируются, с теми, которые этого не делают, может выявить ключевые факторы. Это может помочь нам определить приоритетные виды для сохранения или выявить полезные гены для сельского хозяйства, медицины или биоинженерии. Это исследование стало возможным благодаря глобальному сотрудничеству. У нас только одна планета, и мы должны работать вместе, чтобы понять и защитить её», — сказала она.