Открытие новых генов объясняет эволюционный успех насекомых

Исследователи из Университета Бергена (Норвегия), Института морских наук IRTA Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Института эволюционной биологии (UPF-CSIC) обнаружили новое подсемейство молекулярных каналов. Учёные предполагают, что именно эти каналы позволили насекомым стать доминирующей группой видов на Земле. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Насекомые, исключая бактерий, составляют более половины мирового биоразнообразия и считаются наиболее эволюционно успешной группой наземных организмов. Их способность колонизировать экстремальные ниши — от жарких и засушливых до мест с температурами ниже нуля — связана с адаптациями для выживания при высыхании и замерзании. Среди таких стратегий — накопление высоких уровней спиртов, таких как глицерин или сорбит, в специфических органах.

Мутировавшие водные каналы для транспорта глицерина

До сих пор не было ясно, как насекомые транспортируют глицерин через клеточные мембраны, поскольку у основных групп насекомых, как считалось, отсутствовали мембранные каналы акваглицеропорины, которые обычно переносят глицерин.

В этом исследовании учёные обнаружили, что у голометаморфных насекомых (наиболее эволюционно продвинутых групп с наибольшим биоразнообразием) есть специфические гены — энтомоглицеропорины (Eglps). Эти гены кодируют мутировавшие водные каналы с повышенной способностью к транспорту глицерина. Генетический анализ показал, что Eglps тесно связаны с человеческим аквапорином — каналом, избирательным для воды.

Чтобы понять эволюцию этих генов, учёные создали специфические мутанты, имитирующие эволюционный процесс. Они показали, что одна мутация в центральных областях каналов человека и насекомых может превратить водоселективный канал в транспортер глицерина типа Eglp, и наоборот. Реконструкция эволюционной истории показала, что Eglps заменили акваглицеропорины у голометаморфных насекомых.

Пример естественного отбора на молекулярном уровне

На основе экспериментальных данных авторы предполагают, что акваглицеропорины были вытеснены каналами Eglp, вероятно, из-за их повышенной способности транспортировать глицерин. Таким образом, исследование представляет собой пример естественного дарвиновского отбора на молекулярном уровне.

Примечательно, что происхождение Eglps совпало с периодами колебаний температур, которые привели к оледенениям. Это могло способствовать появлению куколки в жизненном цикле насекомых. Эта стадия, особенно уязвимая к низким температурам, накапливает особенно высокие уровни глицерина и, возможно, не возникла бы без появления Eglps.