Каждую осень, когда первые мигрирующие бабочки Монархи трепетали мимо его окна 11-го пола в Вашингтоне, округ Колумбия, недавно отставной автор науки о Земле Науки, Дик Керр, назовет нас другими писателями и редакторами в наблюдать за этими предвестниками ближайшего холодного крыла их путь на юг. Он будет ценить эту трансгрессию.
Путем упорядочивания 101 генома монарха биологи переписали эволюционную историю разновидностей, обнаружив то, что делает крылья монарха оранжевыми и ее мышцы хорошо удовлетворенный для долгого полета в ботинок.«Это – замечательно полное применение геномики к объяснению известной проблемы естествознания», говорит Лоуренс Гильберт, эволюционный эколог в университете Техаса, Остина. «Это объясняет образец перелетных и сидячих популяций на земном шаре и вероятно очищает гипотезы на многих аспектах биологии монарха».Осенняя поездка берет монарха, Danaus plexippus, тысячи километров на юг к горам Мексики в течение зимы. Приезжайте весна, бабочки начинают свой поход к северу, после цветения растения – хозяина гусеницы, асклепиаса.
Взрослые останавливают и воспроизводят, когда они сталкиваются с растением; тогда следующее поколение возглавляет север, в то время как сезон прогрессирует для нахождения большего количества асклепиаса, таким образом, может потребоваться несколько поколений для насекомых для возвращений в Вашингтон, округ Колумбия, и вне в Канаду. Женщины откладывают яйца на асклепиасе, и их гусеницы питаются этим растением, получая составы, делающие токсичное вещество бабочек потенциальным хищникам, поскольку они предупреждают с ярк оранжево-черным образцом относительно их крыльев.
Многие близкие родственники монарха называют тропики домой и не мигрируют, таким образом, эволюционные биологи предположили что североамериканские мигранты, произошедшие от немигрирующих Южных или центральноамериканских предков, очень как умеренные певчие птицы, порожденные в тропиках, распространившись к северу для нахождения еды, но вынужденный возвращаться на юг каждую зиму из-за холодной погоды. Не так, говорит Маркус Кронфорст, эволюционный биолог в Чикагском университете в Иллинойсе. «Данные сказали полностью другую вещь».Kronforst и его коллеги ранее изучили другую бабочку, Heliconius, и сочли главный ген вовлеченным в определение цветных узоров различных разновидностей в этой группе. Таким образом, когда геном монарха был сначала упорядочен 2 года назад, он задался вопросом, мог ли бы быть единственный ген, в основном ответственный за поведение миграции в монархах.
Объединяя усилия с экспертами монарха, Кронфорст получил ДНК от 92 монархов и девяти других тесно связанных бабочек. Образцы прибыли из различных частей Северной Америки из мест в Южной Америке и Центральной Америке, где местные монархи остались помещенными весь год, и откуда-либо во всем мире.
Шуай Чжань, теперь в Шанхайских Институтах Биологических наук в Китае, упорядочил все эти геномы. Он и его коллеги сгруппировали геномы тем, как подобный они должны были построить родословную. То дерево показало, что вопреки ожиданиям все монархи явились результатом популяции в южной или северной Мексике США. Разновидности расширены в трех волнах, одном юге в Южную Америку и Центральную Америку, один восток через Атлантику и третий запад через Тихий океан.
Бабочки в тех успокоенных волнах и прекратили мигрировать.Kronforst, Чжань и их коллеги подошли ДНК от перелетных и немигрирующих популяций. Приблизительно 500 генов отличались, многие из них тонко так.
Но один ген мышц, названный коллагеном IV альф 1, выделился резко. Много других существ разделяют ген. Дрозофилы с мутациями в нем истощили мышцы, и у людей, подобные мутации приводят к частым мышечным спазмам. Исследователи ожидали, что для создания их североамериканских монархов долгих поездок будет нужно намного больше коллагена, чем их южноамериканские коллеги и что ген поэтому был бы более активным.
Вместо этого ген был менее активным в мигрантах, они сообщают онлайн сегодня по своей природе. Так или иначе меньше коллагена в мышцах полета мигрантов сделало их более эффективными.«Это – первое генетическое изменение, это, как показывалось, было связано с миграцией», говорит Ричард Ффренч-Констант, энтомолог в университете Эксетера в Соединенном Королевстве, не связанный с работой.
Но исследование является «просто первым шагом», добавляет он. Это виды генов, «снабжающих [монархов] для перемещения, но не гены, заставляющие их полететь». Он надеется, что затем исследователи сочтут гены вовлеченными во включение поведения миграции.Кронфорст и бригада Зана также упорядочили геномы от гавайских монархов, приезжающих в белые и оранжевые формы.
От селекционных экспериментов другие исследователи узнали, что единственный ген был ответственен за цветную потерю. Зан и Кронфорст ожидали, что этот ген будет вовлечен в генерирующие пигмент пути. Но вместо этого, их анализ показывает, что это был ген, кодирующий для миозина, протеин, важный для мышечного сокращения. Ген миозина бабочки напоминает ген миозина, видоизмененный в напряжении мыши, имеющем свет вместо темного меха.
У мыши этот миозин помогает транспортировать пигменты в волосы, таким образом, Кронфорст думает, что миозин белого морфа может не транспортировать оранжевый пигмент в весы крыла.Ffrench-постоянный говорит, что данные востребованы. Но он задается вопросом, как хорошо новый эволюционный сценарий поддержит еще раз родственников монарха — многие из них тропический и немигрирующий — упорядочиваются. Добавление тех геномов к дереву расширенной семьи монарха может привести к другому пересмотру истории этой бабочки.
Тем не менее, генетический анализ должен укрепить интерес к сохранению мигрирующих монархов, числа которых истощились в последние годы. «На основе результатов газеты», говорит Гильберт, «сидячие популяции не могут легко восстановить мигрирующих монархов, как только потеряны последние».