Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции

Самый обширный анализ такого рода показывает, что хромосомы бабочек и мотыльков остались практически неизменными с момента их последнего общего предка более 250 миллионов лет назад.

Эта стабильность сохраняется, несмотря на невероятное разнообразие форм крыльев, размеров и гусениц, наблюдаемое сегодня у более чем 160 000 видов по всему миру.

Исследователи из Института Сэнгера (Wellcome Sanger Institute) и их коллеги из Эдинбургского университета проанализировали и сравнили более 200 высококачественных геномов бабочек и мотыльков на уровне хромосом, чтобы лучше понять их эволюционную историю.

Далее они обнаружили редкие группы видов, которые нарушили эти генетические нормы и подверглись генетическим перестройкам, включая слияние хромосом — когда две хромосомы сливаются — и деление — когда одна хромосома расщепляется.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Ecology and Evolution, проливают свет на жесткие ограничения, регулирующие эволюцию генома у этих экологически важных насекомых. Они также позволяют понять, какие факторы позволили отдельным видам нарушить эти правила эволюции. Эти сведения могут помочь в работе по сохранению природы, определяя целевые стратегии, отслеживая состояние экосистем, адаптируясь к изменению климата и включая генетическую информацию в более широкие природоохранные инициативы.

Работа является частью Дарвиновского проекта «Древо жизни», направленного на изучение всех 70 000 видов животных в Великобритании и Ирландии, и вносит вклад в более масштабный проект „Биогеном Земли“, направленный на изучение всех 1,6 миллиона видов на Земле.

Исследование поднимает более широкие вопросы о том, как хромосомные изменения формируют биоразнообразие с течением времени. Исследователи продолжат целенаправленную работу по изучению всех 11 000 европейских видов бабочек и мотыльков в рамках недавно запущенного проекта «Психея».

Бабочки и мотыльки — в совокупности называемые Lepidoptera — составляют 10 процентов всех описанных видов животных и являются чрезвычайно важными опылителями и травоядными во многих экосистемах.

В новом исследовании ученые из Института Сэнгера (Wellcome Sanger Institute) и их соавторы поставили перед собой задачу понять процессы, определяющие эволюцию хромосом этой весьма разнообразной группы.

Они идентифицировали 32 предковых строительных блока хромосом, названных «элементами Мериана» в честь энтомолога-первооткрывателя XVII века Марии Сибиллы Мериан4, которые сохранились у большинства видов бабочек и мотыльков со времен их последнего общего предка более 250 миллионов лет назад.

За исключением одного древнего события слияния двух хромосом, которое привело к появлению 31 хромосомы у большинства современных видов5, хромосомы большинства современных видов напрямую соответствуют этим предковым элементам Мериан. Команда обнаружила, что не только хромосомы невероятно стабильны, но и порядок расположения генов в них.

Команда обнаружила несколько видов с незначительными изменениями, в основном связанными со слиянием небольших аутосом6 и половой хромосомы. Это подчеркивает роль длины хромосом как движущей силы эволюционных изменений.

Однако исследователи обнаружили редкое подмножество видов, таких как голубые бабочки — Lysandra — и группа, содержащая капустных белянок — Pieris — которые не поддались этим ограничениям структуры генома. Эти группы претерпели обширную перестройку хромосом, включая разрыв хромосом и крупномасштабную перестройку путем деления и слияния.

Работа расширяет понимание факторов, которые приводят к генетическому разнообразию внутри этих насекомых. Это может помочь в работе по защите и сохранению конкретных видов, сталкивающихся с уникальными проблемами и изменениями окружающей среды, связанными с изменением климата.

Шарлотта Райт, первый автор исследования из Института Wellcome Sanger, сказала:

Хромосомы большинства современных бабочек и мотыльков можно напрямую проследить до 32 предковых элементов Мериана, которые существовали 250 миллионов лет назад. Поразительно, что, несмотря на значительную диверсификацию видов, их хромосомы остались удивительно нетронутыми. Это опровергает идею о том, что стабильные хромосомы могут ограничивать диверсификацию видов. На самом деле, эта особенность может быть основой для создания разнообразия. Мы надеемся найти подсказки в редких группах, которые обошли эти правила.

Профессор Марк Блакстер, старший автор исследования и руководитель программы «Древо жизни» в Институте Веллкома Сэнгера, добавил в заключение:

Подобные исследования, позволяющие нам проникнуть в суть эволюционных процессов, возможны только благодаря таким инициативам, как Дарвиновский проект «Древо жизни», в рамках которого создаются высококачественные и общедоступные геномные сборки. Мы активизируем эти усилия в рамках проекта „Психея“, цель которого — изучить все 11 000 видов бабочек и мотыльков в Европе, сотрудничая с коллегами по всему континенту».

Поскольку они они одновременно жизненно важные опылители, травоядные и источники пищи для различных экосистем, а также мощные индикаторы здоровья экосистем, более глубокое понимание биологии бабочек и мотыльков в рамках проекта «Психея» поможет в будущих исследованиях по адаптации и видообразованию для сохранения биоразнообразия.

21.02.2024


Подписаться в Telegram



Биосфера

EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь

Группа ученых из Университета Нагоя, Япон...

Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться
Frontiers in Bee Science: Жара мешает шмелям полноценно размножаться

В результате климатического кризиса глобальное...

Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне
Journal of the AChemSociety: Синтетика вызывает хаос в первичном бульоне

Наше тело состоит из триллионов различных...

Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному
Evolution: Островные летучие мыши одного вида эволюционируют по-разному

Исследователь из Мельбурнского университе...

New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад

По мнению исследовательской группы под ру...

Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах
Science: Облик будущих партнеров запечатлен у бабочек Heliconius в генах

Тропические бабочки Heliconius хорошо известны...

Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды

В новом исследовании неврологи показали, как&n...

Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки

Бурые медведи, добывающие пищу на полуост...

Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак

Крошечный корень растения толщиной не бол...

Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый

Козы могут отличить счастливого человека от&nb...

Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса

Всем живым существам необходим сон. Когда люди...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи

Новости компаний, релизы

Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков