Прежде чем нагревающийся мир превратил более низкие возвышения Аризоны в пустыню 10,000 лет назад, они устилались в полевых цветах и лесах. Повышение выше всего этого было пятью Островами Неба: горы 2 400 метров высотой, принявшие уникальный заповедник, включая муравьев, крылатые девственные королевы которых роились леса в найденные новые колонии. Но когда пустыня глотала низины, все, что осталось от излюбленных мест муравьев, были засаженные деревьями пики. Для привыкания теперь изолированные колонии развили идентичную стратегию: королевы потеряли крылья.
Новое исследование показывает, что эта параллельная адаптация могла пролить свет на долгосрочные дебаты по предсказуемости развития.В течение длительного времени биологи задались вопросом, произошла ли бы эволюционная история жизни на Земле тот же путь, если мы нажимаем кнопку «перемотки» и начали. Некоторые утверждают, что курс развития в основном предсказуем, но другие говорят, что это слишком зависит от случайных событий, чтобы быть повторимым.
Исследовать эту проблему, Мари-Джули Фэйв, биолога в университете Монреаля в Канаде, сосредоточенной на муравьях Островов Неба Аризоны. Насекомые — Monomorium emersoni — начался как единственная популяция, но они стали разделенными на пять главных групп, когда пустыня посягнула на их естественную среду. Для контакта с новым климатом королевы во всех группах потеряли крылья. Летающие королевы могут пойти дальше, чем бескрылые и значительно увеличить территорию своих колоний.
Но полет несет высокий риск смерти — муравьи, плавающие на бризе, являются большим количеством likelier, который будет унесен в пустыню, где они умрут. Когда земля вокруг Островов Неба, превращенных к пустыне, полет потерял свое преимущество.“Острова Неба являются действительно захватывающей окружающей средой”, говорит Фаворит, проведший исследование в то время как аспирант в университете Макгилла в Монреале. “В течение получаса Вы можете ездить из пустыни в горы чей взгляд лесов точно так же, как те в Квебеке. Это – огромная проблема для этих муравьев адаптироваться к такому драматическому экологическому градиенту”.
Чтобы узнать, как они адаптировались, исследователи упорядочили гены от всех пяти популяций. Они нашли значительную генетическую дивергенцию между муравьями на северных и южных горных цепях, отразивших их историческую изоляцию.
С этим как их базисная линия они намереваются исследовать генетическое и основание развития на потерю крыла в королевах от этих пяти популяций.Благодаря обширным исследованиям развития крыла у дрозофил исследователи были знакомы с сетью генов, которая, вероятно, будет вовлечена в развитие крыла у муравьев.
Используя антитела, они смогли видеть в лаборатории, где гены-кандидаты выражались в дисках крыла муравьев — маленькие мешочки клеток, позже становящихся взрослыми крыльями. Они идентифицировали образцы экспрессии гена для муравьев от всех пяти популяций и нашли, что некоторые изменения были повторены в каждой группе, тогда как другие были уникальны.
Например, выражение главного гена, вовлеченного в клеточную дифференцировку, различную по каждой из популяций. Другие генетические изменения повторили себя в каждой группе, по-видимому потому что существует ограниченное число способов сделать бескрылых королев.
Например, четыре гена, вовлеченные в крыло, копирующее все, так же изменили образцы выражения. Это – первое исследование в диких популяциях, которое покажет, что адаптация к изменению климата является «мозаикой» случайных и предсказуемых генетических изменений, говорит ведущий автор Эхэб Абухейф, эволюционный биолог развития в университете Макгилла, в газете издал онлайн сегодня в BMC Эволюционную Биологию.Факт, что эти пять популяций развили подобную адаптацию, предполагает, что существует предсказуемость к развитию, говорит он. Но хаотичность эволюционного изменения также допустима, потому что отдельные популяции муравья используют немного отличающиеся генетические механизмы для получения до того же конца.
Абухейф говорит, что результаты могли иметь глубокие последствия для понимания генетического и основания развития адаптации к изменению климата. Текущие модели, предсказывающие ответы животных на внимание изменения климата на демографию — миграцию и изменения в величине популяции — но не рассматривающие, как изменение климата могло бы изменить развитие разновидностей, в частности его способность рассеяться.Грег Рей, биолог в Университете Дюка в Дареме, Северная Каролина, кто не был вовлечен в исследование, говорит, что авторы были умны для использования развития крыла у хорошо изученной дрозофилы для понимания развития крыла у менее хорошо понятых летающих муравьев.
Он также отметил, что способность исследователей изучить пять случаев того же эволюционного эксперимента в диких популяциях особенно необычна. “Что делает Острова Неба столь интересными для этого определенного исследования, возможность, что Вы можете стать независимыми, тиражируется”, или копии того же эволюционного эксперимента, говорит он.