Сельхозвредители уникально быстро адаптируются к изменению климата

Плодовые мушки обладают сверхъестественной способностью просыпаться от многомесячной спячки именно тогда, когда их любимая пища - скажем, фрукты с яблони или боярышника - на пике плодоношения. Мушки активны в течение нескольких недель, едят и спариваются, а затем переходят в спячку на оставшуюся часть года. Как происходит эта синхронизация, долгое время оставалось загадкой. В мире, где глобальные изменения меняют вегетационный период растений, плодовые мушки таинственным образом не отстают

В новом исследовании ученые из США обнаружили множество генов, отвечающих за установку «внутреннего будильника».

Подобно медведям или сусликам, плодовые мухи рассчитывают время сна так, чтобы они совпадали с сезонной доступностью пищи. Они даже развиваются достаточно быстро, чтобы, скажем, сократить период покоя, чтобы использовать более длительные вегетационные периоды. Хотя некоторые виды полагаются на предсказуемое сокращение и удлинение дней, чтобы сигнализировать о своей гибернации (так называемый фотопериодизм), у других, похоже, есть внутренний механизм.

«В дополнение к 24-часовым циркадным часам, которые есть у всех нас, у многих плодовых мух есть внутренний сезонный таймер, - говорит соавтор исследования Грегори Рэгланд, доктор философии, доцент кафедры интегративной биологии в Университете Колорадо в Денвере. - Они появляются, эксплуатируют своего хозяина и исчезают на девять или 10 месяцев.

В отличие от фотопериодизма, большая часть этого особого типа покоя или диапаузы остается неизвестной.

Наша группа проверила гипотезу о том, что различия в скорости развития во время диапаузы определяют различия во времени сезонной активности. Чтобы проверить это, они собрали две популяции мушек Rhagoletis pomonella, которые имеют одно поколение в год и зимуют в виде диапаузирующих куколок. Одна популяция ест ягоды боярышника, которые произрастают в Северной Америке, в то время как другая питается яблоками и является важным вредителем, изменив время спячки, чтобы оно совпадало со временем раннего плодоношения яблони».

Ученые наблюдали за мушками, моделируя зимовку в определенные промежутки времени. В течение каждого интервала они тестировали транскриптом мух, набор транскриптов РНК, определяющий признаки.

Взяв образцы мозга мух, ученые смогли сравнить снимки состава РНК и измерить различия в развитии нервной системы в течение длительных периодов времени.

«Наблюдая за их морфологией с течением времени, кажется, что они находятся в анабиозе, - говорит Рэгланд. - Но транскриптом мозга выявил тонкие, но устойчивые изменения в развитии, которые накапливались в течение шести месяцев, в конечном итоге завершив процесс, который заставил насекомых выйти из состояния покоя».

Это объясняет возможный механизм, который мухи используют для установки своего сезонного таймера. Процесс также является ключевым для быстрой эволюции сезонности - яблоневые мушки развиваются немного быстрее в период покоя, что приводит к их появлению в начале года.

Сравнивая генетические варианты, различающиеся в двух популяциях мух, исследователи обнаружили, что полигенные черты приводят к быстрой адаптации; многие гены, каждый с очень маленькими эффектами, работали вместе, чтобы определить скорость развития.

Исследование показывает, что вредители сельскохозяйственных культур и переносчики болезней насекомых с аналогичной биологией могут быстро реагировать на изменение климата с помощью аналогичного генетического механизма.

Понимание механики диапаузы имеет большое влияние на биомедицинские исследования, так как они зависят от огромных генетических запасов мух дрозофилы, которые хранятся в лабораториях по всему миру.

«Людей интересует, как лучше всего сохранить этих мушек, потому что мы пока не можем сохранить их криогенным способом, - говорит Рэгланд. - Но если бы мы могли влиять на уход в диапаузу, это стало бы огромным успехом».

(Источник: phys.org. Фото: University of Colorado Denver).