چگونه یک ژن "تگردان" به پروانه ها کمک کرد تا تقلید را تکامل دهند

پروانه های ماده دم چلچله کاری را انجام می دهند که بسیاری از پروانه ها برای زنده ماندن انجام می دهند: آنها الگوهای بال ها، شکل ها و رنگ های گونه های دیگر را که برای شکارچیان سمی هستند تقلید می کنند. برخی - اما نه همه - گونه های دم چلچله ای چندین شکل مختلف از این ویژگی را تکامل داده اند. اما چه نوع تغییرات ژنتیکی منجر به این پنهان‌سازی‌های مختلف شد، و چرا برخی از گونه‌ها زمانی که تقلید یک مزیت تکاملی آشکار را فراهم می‌کند، شکلی پنهان نگه می‌دارند؟

در مطالعه جدیدی که این هفته در Nature Communications منتشر شد، دانشمندان دانشگاه شیکاگو داده‌های ژنتیکی گروهی از گونه‌های دم چلچله‌ای را تجزیه و تحلیل می‌کنند تا بفهمند تقلید برای اولین بار چه زمانی و چگونه تکامل یافته است، و چه چیزی باعث این تغییرات از آن زمان شده است. این داستانی است که حدود دو میلیون سال پیش شروع شد، اما به جای تغییرات مداوم و پیشرونده، یک تغییر ژنتیکی شانسی به ایجاد اولین تقلیدهای دم چلچله کمک کرد. و از آن زمان تا به حال گیر کرده است.

در پروانه‌هایی با الگوی یک رنگ، ما یک ژن در جهت طبیعی روی کروموزوم داریم. مارکوس کرونفورست، دکترا، دانشیار اکولوژی و تکامل در شیکاگو و نویسنده ارشد این مقاله گفت: در پروانه‌هایی با الگوی رنگی غیرمعمول و متناوب، آن ژن از هم جدا شد، برگردانده شد و سپس در یک نقطه به کروموزوم برگشت. مطالعه.

کرونفورست می‌گوید: «این تلنگر یا وارونگی، از ترکیب مجدد دو ژن در صورت جفت شدن آن دو نوع مختلف پروانه جلوگیری می‌کند، بنابراین هر دو نسخه از ژن را در طول زمان تکامل حفظ کرده‌اند، زیرا دو میلیون سال پیش از جد مشترک خود جدا شده‌اند. گفت.

برای مدت طولانی، دانشمندان فکر می‌کردند که تقلید پروانه‌ها توسط «ابر ژن‌ها» کنترل می‌شود، گروه‌هایی از چندین ژن به هم پیوسته که همیشه به‌صورت گروهی به ارث می‌رسند. در مطالعه ای در سال 2014، کرونفورست و همکارانش نشان دادند آنچه که به نظر می رسد یک ابرژن است، در واقع یک ژن واحد به نام دوجنسیت است که الگوهای رنگی و اشکال مختلفی را که در دم چلچله های ماده می بینیم، کنترل می کند.

ژن دوجنسیتی قبلاً به دلیل نقشش در تمایز بین جنسیت ها شناخته شده بود، اما در زنان، نسخه وارونه یا برگردانده شده نیز الگوهای بال را دیکته می کند. هنوز هم می‌توان آن را به عنوان یک ابرژن در نظر گرفت، زیرا کل فرآیند پیچیده الگودهی بال را کنترل می‌کند، اما در این مورد، تنها ژن واحد است.

در مطالعه جدید ، به رهبری دکترای دکترا ، دکترای دکتری ، دکترای دکتری ، تجزیه و تحلیل داده های توالی ژنوم ژنوم ، پروانه های پرستو آسیایی و چندین گونه مشابه را برای دیدن چگونگی ارتباط آنها با یکدیگر ، و چگونه نسخه های آنها از آنها تجزیه و تحلیل کرد. Doublesex مقایسه کنید. با استفاده از این داده ها ، تیم برخی از توضیحات جایگزین را در مورد منشأ تقلید مقایسه کرده و عوامل کلیدی شناسایی شده که اشکال مختلفی از تقلید طولانی مدت را حفظ کرده اند.

چندین تغییرات مختلف پروانه پرستو که نشان دهنده تقلید و پلی مورفیسم یا اشکال مختلف یک گونه است. نزدیکترین گونه به گروه P. Polytes ، به نام Papilio Protenor ، در سراسر سرزمین اصلی آسیا از هند تا ژاپن پخش می شود و تقلید ایجاد نمی کند - هم مردان و هم زنان یکسان به نظر می رسند. گونه های دیگری که از سرزمین اصلی به جزایر در فیلیپین و اندونزی گسترش یافته اند ، سه یا چهار شکل مجزا را ایجاد کرده اند ، ویژگی ای که به عنوان پلی مورفیسم شناخته می شود. هنوز سایر گونه های پرستو بیشتر به پاپوا گینه نو و ساحل شمال شرقی استرالیا گسترش یافته است ، اما این زنان فقط یک الگوی بال پنهان را نشان می دهند.

محققان الگوهای مشاهده شده در داده های توالی ژنوم را با برخی توضیحات احتمالی در مورد چگونگی توسعه این الگوهای تقلید با گذشت زمان و جغرافیا مقایسه کردند. آیا تقلید به طور مستقل در گونه های مختلف در نقاط مختلف در زمان تکامل یافت؟آیا در یک گونه تکامل یافت و سپس از طریق پرورش متقابل یا هیبریداسیون گسترش یافت؟

به نظر می رسد که Mimicry در واقع یک منشأ باستانی تنها دارد ، هنگامی که ژن Doublesex دو میلیون سال پیش به هم زد. از زمان وارونگی اولیه ، ژانگ و کرونفست نشانه هایی از آنچه را که به عنوان تعادل انتخاب شناخته می شود ، مشاهده کردند. هنگامی که یک نوع پروانه رایج تر می شود ، شکارچیان متوجه می شوند که سمی نیستند و شروع به تغذیه از آنها می کنند. این تعداد آن پروانه خاص را کاهش می دهد ، تا زمانی که دیگری رایج تر شود و غیره. سرانجام این فرایند تعداد نسبی هر فرم را متعادل و حفظ می کند.

آنها همچنین می دیدند که برخی از جمعیت پروانه ها برای میلیون ها سال چندین شکل زن را حفظ کرده اند ، در حالی که برخی دیگر شکل اصلی و غیرقابل توصیف را از دست داده اند. از نظر تاریخی ، کوچکترین گروه ها - e. g. آنهایی که دورتر را به استرالیا گسترش می دهند - پلی مورفیسم را دوست دارند ، و این امکان را می دهد تا ژنتیکی تصادفی و انتخاب طبیعی را به صورت اصلی از بین ببرد.

محققان همچنین به بررسی آنچه که پلی مورفیسم را با گذشت زمان حفظ می کند ، بررسی کردند. یکی از دلایل می تواند انتخاب جنسی باشد ، که مردان الگوهای رنگ خاص زن را نسبت به دیگری ترجیح می دهند. تحقیقات قبلی در مورد رفتار جفت گیری از این ایده پشتیبان گیری نمی کند. احتمال دیگر "crypsis" است ، یا این ایده که زنان غیرمجاز بهتر از تقلید در محیط طبیعی خود می آمیزند. Kronforst و تیم با مقایسه زنان تقلید و غیر تقلید در برابر پس زمینه جنگل سبز با استفاده از مدل هایی برای دیدگاه (یعنی پرنده) ، این فرضیه را آزمایش کردند. زنان غیر تقلید و غیرمستقیم در واقع بیش از تقلید به پس زمینه نمی آمیزند ، بنابراین این ایده نیز خارج است.

این دو یافته ، همراه با داده های توالی ژنومی ، محققان را به این امر سوق داد که در مورد یک امکان جذاب دیگر فکر کنند. این ممکن است که تغییرات ژنتیکی که منجر به تقلید در وهله اول شد ، در برخی از معایب طولانی مدت نیز ساخته شده است. هنگامی که ژن اصلی Doublesex معکوس شد ، احتمالاً دسته ای از مواد ژنتیکی دیگر نامربوط را با آن حمل می کرد. از آنجا که ژن Doublesex نمی تواند با نسخه اصلی آن نوترکیب شود ، از آن زمان تاکنون چیزهای اضافی "Hitchhiked" شده است - و این می تواند عواقب آن را داشته باشد. در حقیقت ، برخی تحقیقات نشان می دهد که تقلید زنان تا زمانی که استاندارد زندگی نمی کنند زندگی نمی کنند.

وی گفت: "ما فکر می کنیم وقتی یک نسخه از ژن به هم ریخت و به عنوان کپی تقلید شد ، اختلافات به طور تصادفی ضبط شد. از آنجا که بسیاری از این تغییرات کاربردی هستند ، می توانند برای سلامتی مضر باشند. "

"ایده این است که شما این ضرر سخت را برای تقلید دارید. زنان استاندارد از تقلید محافظت نمی کنند ، اما آنها این هزینه ژنتیکی ذاتی را نیز ندارند و این دو چیز از یکدیگر جبران می شوند. "

اکنون که آنها برخی از تاریخ های پشت تکامل تقلید را کشف کرده اند ، کرونفست گفت تیم وی می خواهد به دنبال جهش های ژنتیکی خاص در دوبلزکس باشد که باعث ایجاد انواع مختلفی از تقلید می شود.

وی گفت: "اگر ما بتوانیم راه هایی برای یافتن همه تفاوت هایی که می بینیم پیدا کنیم ، باید بتوانیم آن را به چیزی بسیار گسسته تر از همه تفاوت هایی که اکنون می بینیم محدود کنیم."

این مطالعه با عنوان "ردیابی منشأ و تکامل تقلید Supergene در پروانه ها" توسط صندوق های تحقیقاتی دانشگاه شیکاگو Neubauer ، یک بورسیه دانشمندان زیست پزشکی Pew ، بنیاد ملی علوم و مؤسسات ملی بهداشت پشتیبانی شد. نویسندگان اضافی شامل اریکا وسترمن از دانشگاه آرکانزاس به همراه ایال نیتزانی و استفانی پالمر از دانشگاه شیکاگو هستند.