Ученые передали ритуал ухаживания между видами мух, изменив один ген

Японские исследователи добились уникального результата – они генетически перенесли сложное поведение от одного вида плодовых мушек к другому. Активировав всего один ген в нейронах, производящих инсулин, команда заставила мушек вида Drosophila melanogaster выполнять ритуал дарения подарка, который никогда не был свойственен этому виду. Исследование, опубликованное в журнале Science, стало первым примером того, как манипуляция с одним геном может создавать новые нейронные связи и переносить целую поведенческую модель между видами.

В природе большинство самцов плодовых мушек привлекают самок, быстро вибрируя крыльями и создавая звуковые паттерны, или «песни ухаживания». Однако вид Drosophila subobscura развил совершенно иную стратегию: самцы срыгивают пищу и преподносят ее самке в качестве подарка. Такое поведение отсутствует у близкородственных видов, включая D. melanogaster. Эволюционные пути этих двух видов разошлись примерно 30–35 миллионов лет назад.

У обоих видов есть ген, известный как «fruitless» или «fru», который контролирует поведение самцов во время ухаживания, но их стратегии кардинально различаются. Ученые выяснили, что причина кроется в строении мозга: у мушек, дарящих подарки, нейроны, вырабатывающие инсулин, соединены с центром управления ухаживанием, тогда как у «поющих» мушек эти клетки остаются изолированными.

«Когда мы активировали ген fru в инсулин-продуцирующих нейронах поющих мушек для производства белков FruM, клетки вырастили длинные нейронные отростки и соединились с центром ухаживания в мозге», – пояснил доктор Рёя Танака, один из ведущих авторов и преподаватель Высшей школы наук Нагойского университета. По его словам, это создало новые нейронные цепи, которые впервые в истории вызвали поведение дарения подарков у вида D. melanogaster.

Для достижения этого результата исследователи вводили ДНК в эмбрионы D. subobscura, чтобы создать мух с белками, активируемыми теплом, в определенных клетках мозга. Используя нагрев, они поочередно активировали группы клеток и сравнивали мозг мух, которые срыгивали пищу, с теми, кто этого не делал. Так были идентифицированы 16–18 инсулин-продуцирующих нейронов, создающих специфичный для самцов белок FruM.

«Наши выводы показывают, что для эволюции нового поведения не обязательно появление новых нейронов; вместо этого небольшая генетическая „перенастройка“ в нескольких уже существующих нейронах может привести к разнообразию поведения и, в конечном счете, способствовать дифференциации видов», – отметил доктор Юсуке Хара из Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT). Это открытие проливает свет на то, как эволюция создает совершенно новые стратегии, помогающие видам выживать и размножаться, отслеживая сложные поведенческие акты до их генетических корней.