Мухи-дрозофилы адаптируют активность к «белым ночам»

Исследователи из Мюнстерского университета впервые предложили объяснение, почему у плодовой мушки Drosophila melanogaster на север (например, в Скандинавию) распространяется особая вариация «часового гена» — аллель ls-tim. Эта вариация предположительно впервые появилась в Южной Европе 300–3000 лет назад.

Ген, синхронизирующий ритм с температурой

Исследование, опубликованное в Nature Communications, сосредоточено на часовом гене timeless. Вместе с геном period он контролирует циркадный ритм мушки (около 24 часов), который синхронизируется с внешними сигналами, такими как свет и температура.

• В условиях постоянного освещения («белые ночи» высоких широт) запускается молекулярная каскадная реакция, приводящая к постоянной деградации часового белка TIMELESS, и циркадный ритм теряется.
• Учёные показали, что мушки с новым аллелем ls-tim способны синхронизировать свой циркадный ритм с суточным циклом температуры (16–25 °C) даже при постоянном освещении, имитирующем скандинавское лето.
• Индикатором служила активность движения насекомых: при наличии температурного цикла мухи ls-tim были особенно активны во второй половине тёплой фазы. При постоянных свете и температуре поведенческий ритм отсутствовал.
• Мухи с исходным вариантом гена (s-tim) не показали поведенческой адаптации ни в одном из условий.

Эволюционное преимущество нового аллеля

С эволюционной точки зрения эта адаптация объяснима:

«Лето — сезон размножения насекомых. Животные, синхронизированные в поведении и готовые к спариванию в одно и то же время суток, имеют больше шансов встретиться и дать потомство. Поскольку ls-tim позволяет такой синхронизации даже в условиях крайне длинного летнего дня, это, скорее всего, важный фактор, способствующий его распространению на север, и может объяснить его эволюционный успех», — подчеркивает первый автор Анжелика Ламаз.

Исследование также доказало, что даже одной копии аллеля ls-tim достаточно для синхронизации в «скандинавских условиях», что дополнительно способствует его распространению.

Молекулярный механизм

Новый вариант гена производит белок, который немного отличается от исходной формы. Этот белок более стабилен при освещении и, следовательно, мешает молекулярной каскадной реакции, которая в норме запускает деградацию часового белка TIMELESS. Это, по заключению команды, является необходимым условием для того, чтобы температурный цикл восстановил циркадный ритм мух при постоянном освещении.

В работе использовалась комбинация поведенческих экспериментов, современных генетических и иммуногистохимических методов.