Фев 15, 2019 Выбор брачного партнера у животных зависит от бактерий

У мух, развивавшихся в движение пары поколений на различных питательных средах, изменяются брачные предпочтения: они начинают предпочитать партнеров, чьи прородители жили на таковой же среде. До этого времени водилось мрачно, по каким признакам мухи различают своих от чужих. Оказалось, что главную роль в этом играют бактерии, развивающиеся в кишечном тракте мух при различной диете: мухи избирают партнеров со сходной бактериальной флорой.

У мух, развивавшихся в процесс пары поколений на различных питательных средах, изменяются брачные предпочтения: они начинают предпочитать партнеров, чьи прородители жили на экий же среде. До этого времени имелось мрачно, по каким признакам мухи различают своих от чужих. Оказалось, что главную роль в этом играют бактерии, развивающиеся в кишечном тракте мух при различной диете: мухи предпочитают партнеров со сходной бактериальной флорой.

Избирательность при выборе брачного напарника играет главную роль в эволюции. К примеру, ежели у группы особей разовьется склонность к предпочтению своих при образовании брачных пар, экая группа зарабатывает шанс обособиться в отдельный вид (сантим.: Видообразование собственное тяжба каждого, Элементы, 15.02.2006; Стресс содействует близкородственным скрещиваниям, Элементы, 19.03.2009). Самое увлекательное, что по последней мере у неких животных экая склонность к предпочтению близких (положительная ассортативность при спаривании) может развиться очень прытко в итоге за немного поколений жизни в необыкновенных критериях (сантим.. обзор тестов, в тот или другой это имелось продемонстрировано), строчат .

Один-одинешенек из самых ясных тестов экого рода провела в баста 1980-х годов Диана Додд (Diane Dodd) из Йейльского института (Dodd D. M. B., 1989. Reproductive isolation as a consequence of adaptive divergence in Drosophila pseudoobscura (PDF, 130 Кб) // Evolution. 43(6). P. 13081311). Додд арестовала восемь линий мух Drosophila pdseudoobscura, происходящих от одной естественной популяции, и расположила их в необыкновенные, стрессовые обстановки: четыре полосы водились посажены на диету из мальтозы, четыре вторые на крахмал. Потом водились проведены испытания на избирательность при спаривании. Оказалось, что у мух в итоге за один-одинешенек год (менее 23 10-ов поколений) сформировалась ясно выраженная положительная ассортативность при выборе напарника: мальтозные мухи предпочитали спариваться с мальтозными, крахмальные с крахмальными. Каким образом сформировались этакие предпочтения, имелось мрачно: ведь мухи не подвергались отбору на избирательность при спаривании, все 8 лабораторных линий жили в изоляции приятель от приятеля. Избирательность сформировалась автоматом, как побочное следствие адаптации к различным средам.

Этот и вторые сходственные опыты поставили перед исследователями два генеральных вопросца:

1) Отчего потом адаптации к жизни в контрастных критериях мухи (и вторые насекомые) начинают предпочитать своих в качестве брачных партнеров? Быть может, это необыкновенная адаптация, дозволяющая недопустить размывания нужных комплексов аллелей, благодаря тот или иной предки смогли выжить в стрессовых критериях?

2) Как, по каким признакам они различают близких от чужих? Нужно огласить, что в сходственных опытах крайнее поколение перед тестами на избирательность выращивают на схожей обычной среде, так что они не могут различить друг дружку нетрудно по аромату корма (к примеру, крахмала либо мальтозы). Они распознают близких и чужих по каким-то изменениям, тот или другой произошли с самими животными в итоге адаптации к новеньким соглашениям.

Природно имелось представить, что идет речь о генетических конфигурациях, произошедших под деянием отбора. Это могло иметься, к примеру, изменение частот каких-то аллелей, понижение генетического полиморфизма и рост гомозиготности. Но новейшие опыты, проведенные исследователями из Израиля и США, проявили, что главную роль в предоставленном случае играют не конфигурации генома самих мух, а преображенья микрофлоры микробов-комменсалов комплекса микроорганизмов, живущих на теле и в кишечном тракте насекомых.

Создатели повторили опыт Додд с маленькими переменами. Они действовали не с D. pseudoobscura, а с наиболее классическим объектом D. melanogaster. Начальную лабораторную линию разделили на две: одну выращивали на обыкновенном корме, основанном на кукурузной пытке и патоке, иную на крахмале, как в опытах Додд. По прошествии определенного числа поколений количество мух из каждой полосы пересаживали на обыкновенную среду и ожидали очередное поколение, а потом проводили испытания на избирательность. Для этого 4 целомудренных самцов и самок (по одной паре из каждой популяции) сажали в пробирку и глядели, кто с кем спарится. Мухам целили баста крыльев, чтоб можнож имелось их различить; особые контрольные испытания проявили, что ловки не влияют на итог.

Вначале создатели проверили избирательность мух потом 11 поколений жизни на контрастных средах. Итог вышел экий же, как у Додд: мухи показали четкую положительную ассортативность. Из 38 спариваний в 29 вариантах образовались пары своих со своими (гомогамные спаривания), и лишь 9 разов крахмальные мухи спарились с паточными (гетерогамные спаривания).

После чего цельный опыт был повторен, но сейчас избирательность инспектировали в каждом поколении. Результаты оказались неожиданными. Можнож имелось бы представить, что положительная ассортативность развивается равномерно по мере адаптации мух к разным соглашениям. Ничего сходственного не имелось найдено: теснее потом главного поколения наблюдалось точное предпочтение своих, и в последующем оно оставалось приблизительно таковым же, не умножаясь, да и не снижаясь, вплоть до 37-го поколения, иногда опыт был прекращен. В итоге имелось записанно 571 гомогамных и 329 гетерогамных спариваний. Ранее никто не следил возникновение таковых предпочтений в итоге за одно поколение.

A схема опыта; starch среда на основанию крахмала, CMY обычная среда, включающая кукурузную пытку (cornmeal), патоку (molasses) и дрожжи (yeast). B результаты тестирования на избирательность потом 11 поколений. Возвышенность столбиков отражает число спариваний. Набросок из обговариваемой статьи в PNAS

Создатели провели контрольный опыт: две популяции мух выращивали в процесс 27 поколений изолированно, но на схожей (паточной) среде. В данном варианте никакой ассортативности не показалось: мухи идиентично охотно спаривались как со родными, так и с чужими. Следственно, тяжба не в изолированном развитии популяций, а конкретно в различных критериях жизни. Экий же итог был приобретен и Дианой Додд: ее мальтозные мухи не мастерили расхождений меж партнерами из своей полосы и 3-мя вторыми мальтозными чертами; то же самое наблюдалось и в 4 крахмальных чертах.

После чего создатели снова повторили начальный опыт, помещая крайнее поколение мух перед тестированием в пробирки со средой, держащей антибиотик (тетрациклин, рифампицин, стрептомицин либо все три продукта немедленно). Оказалось, что эта процедура приводит к полному исчезновению избирательности. Сейчас мухи спаривались с кем ни попадя, не сооружая никаких расхождений меж родными и чужими (в корпоративной трудности имелось записанно 267 гомогамных и 263 гетерогамных спаривания).

Этот итог теснее дозволял представить, что мухи распознают близких и чужих по микрофлоре, но его можнож имелось интерпретировать и по другому (быть может, сами лекарства каким-то образом мастерят мух неразборчивыми). В надлежащем опыте мух, обработанных антибиотиком, второй раз заражали той либо другой микрофлорой. Из крахмальной и паточной сред, в тот или другой жили мухи, выделили микробов и заразили ними пробирки со стерильной паточной средой. В пробирки посадили вылеченных антибиотиками мух, и теснее спустя одно поколение у их восстановилась положительная ассортативность. Мухи вновь встали предпочитать своих, другими словами живших на среде с экий же микрофлорой (желая сама среда на этот разов водилась однообразная).

Создатели изучили микрофлору крахмальных и паточных мух и узнали, что она достаточно разнородна и включает 10-ки обликов бактерий. Основное различие состояло в том, что в микрофлоре крахмальных мух оказалось приблизительно в 10 разов преимущественно микробов рода Lactobacillus. У крахмальных мух обнаружилось в среднем приблизительно по 230 000 этих микробов на муху, а у паточных лишь по 26 000. В особенности бурно расплодились в крахмальных мухах бактерии Lactobacillus plantarum. По-видимому, большая часть этих микробов живет в кишечном тракте мух, где они вырабатывают фермент амилазу, тем подсобляя родным владельцам переваривать крахмал.

В ходе тестов каждое новое поколение мух пересаживали в стерильную среду. Оттого бактерии могли туда попасть лишь вкупе с мухами. Выяснилось, что бактерии L. plantarum в незначительном численности живут в мухах из начальной, предковой популяции. Ежели мух растить на паточной среде, численность этих микробов остается густой. Но переход на крахмальную диету приводит к бурному размножению микробов L. plantarum. Последующие опыты проявили, что для того, чтоб появилась положительная ассортативность при выборе напарника, хватить продержать крахмальных мух, вылеченных антибиотиком, в процесс 1-го поколения на среде, зараженной лишь микробами этого облика. Вторые составляющие микрофлоры крахмальных мух экого конструктивного воздействия на брачные предпочтения не оказывают.

Создатели также измерили число многообразных углеводородных феромонов (сантим..: Феромоны не завлекают, а принуждают задуматься, Элементы, 19.10.2009) на поверхности тела крахмальных и паточных мух до и потом обработки антибиотиками. Оказалось, что по концентрации пары феромонов крахмальные и паточные мухи достаточно резко различаются приятель от приятеля. Обработка антибиотиками, во-основных, понижает корпоративное число выделяемых феромонов, во-вторых, выравнивает различия меж паточными и крахмальными мухами (правда, не без остатка, а едва лишь частично). На основанию этих результатов создатели представили, что мушиная микрофлора может влиять на число и состав выделяемых углеводородных феромонов. Вообщем, не исключено, что мухи могут конкретно детектировать пребыванье микробов либо товаров их жизнедеятельности на теле напарника. Понятно, что млекопитающие определяют зараженность сородичей теми либо другими микробами с помощью особых иммунологических рецепторов вомероназального органа (Иммунная порядок подсобляет животным различать нездоровых сородичей от здоровых по аромату, Элементы, 24.04.2009). Быть может, и у насекомых имется подобная вероятность. Им мог бы посодействовать в этом, к примеру, полиморфный белок DSCAM, о тот или другой поведано в заметках Раскрыта сокровенна иммунной порядка насекомых (Элементы, 27.06.2006) и Развитие сердитой порядка и иммунитета у насекомых контролируется один-одинешенек и этим же белком (Элементы, 19.09.2007).

По суждению творцов, их открытие подкрепляет предложенную ними ранее хологеномную теорию эволюции, сообразно тот или другой главной единицей отбора прибывает не изолированный организм со родным индивидуальным геномом, а холобионт, либо сверхорганизм, другими словами симбиотический комплекс, состоящий из животного-владельца и цельных его микроскопических сожителей (Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E., 2008. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution // FEMS Microbiol Rev 32: 723735; Rosenberg E., Sharon G., Zilber-Rosenberg I., 2009. The hologenome theory of evolution contains Lamarckian aspects within a Darwinian framework // Environmental Microbiology 11(12): 29592962). В Рф идентичные идеи немного ранее начал развивать А. Б. Савинов из Нижегородского института, тот или другой предложил термин аутоценоз, недалекий, но не схожий по смыслу холобионту.

Исследование представило, что выбор брачного напарника у мух зависит не только лишь от их собственного генома, да и от симбиотических микробов, владеющих родными геномами. Беря во внимание, что методы выбора брачного напарника могут оказывать самое радикальное воздействие на ход эволюции, приходится признать, что в экий ситуации теснее тяжело разглядывать эволюцию мух порознь от эволюции их бактериальных симбионтов. С точки зрения хологеномной теории, размножение микробов L. plantarum в кишечном тракте крахмальных мух подобно мультипликации (умножению) генов, в том числе генов амилазы, в хологеноме холобионта.

Таковым образом, конфигурации критерий среды могут приводить к прытким изменениям состава микрофлоры у насекомых. Это, в свойскую очередь, содействует стремительному формированию положительной ассортативности и частичной репродуктивной изоляции, что готов стать главным шагом на пути к разрезу начального облика на два. Сейчас мы знаем, что конкретно изменяется у мух (мушиных холобионтов, по выражению творцов) при выращивании на контрастных средах и по какому признаку они различают близких от чужих. Правда, по-прошлому не совершенно светло, отчего они предпочитают скрещиваться с партнерами, владеющими сходной микрофлорой, и каковы молекулярные и нейрологические механизмы различения особей с различными комплектами симбионтов.

Источник: Gil Sharon, Daniel Segal, John M. Ringo, Abraham Hefetz, Ilana Zilber-Rosenberg, Eugene Rosenberg. Commensal bacteria play a role in mating preference of Drosophila melanogaster // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. Published online before print November 1, 2010.

Сантим.. также:
1) Видообразование собственное тяжба каждого, Элементы, 15.02.2006.
2) Стресс содействует близкородственным скрещиваниям, Элементы, 19.03.2009.
3) Как отличить близких от чужих? Неканонические механизмы репродуктивной изоляции.
4) Иммунная порядок подсобляет животным различать нездоровых сородичей от здоровых по аромату, Элементы, 24.04.2009.
5) Куликов А. Мтр., Марков А. В. Иммунная порядок, стресс и видообразование: звенья одной цепи? (PDF, 335 Кб) // Природа. 2009. 10. Стр. 1117.