Как шмель получил свои полосы

Исследователи обнаружили ген, который управляет различиями в окраске внутри вида шмелей. Это открытие помогает объяснить чрезвычайно разнообразные цветовые узоры среди видов шмелей, а также то, как развивается мимикрия — когда особи в определённом регионе приобретают сходные цветовые паттерны. Исследование, описывающее этот ген, расположенный в высококонсервативной области генома, содержащей чертежи для сегментации тела, провели учёные из Университета Пенсильвании. Результаты опубликованы 29 апреля 2019 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

• Исключительное разнообразие: Среди примерно 250 видов шмелей существует более 400 различных цветовых паттернов, которые, по сути, смешивают и сочетают одни и те же несколько цветов на разных сегментах тела пчелы.
• Мюллеровская мимикрия: Сходные, часто яркие, цветовые узоры у разных видов служат предупреждающим сигналом для хищников об опасности (например, о жале). Это заставляет окраску в пределах одного географического региона сходиться к сходству.
• Объект исследования: Учёные исследовали генетическую основу окраски у вида Bombus melanopygus, который демонстрирует два региональных цветовых паттерна. Особи из прибрежных районов Тихого океана имеют чёрную середину брюшка, а из Скалистых гор — красную.

Ключевое открытие

С помощью полногеномного поиска ассоциаций исследователи выявили, что за сдвиг цвета отвечает регуляторная область, изменяющая экспрессию гена Abdominal-B.

• Особенность гена: Abdominal-B находится в высококонсервативном кластере Hox-генов, которые выступают в роли чертежей для сегментов развивающейся личинки.
• Механизм: Изменение в регуляторной области привело к тому, что Abdominal-B стал экспрессироваться в необычном месте — в сегментах дальше от хвоста — на поздней стадии развития куколки, как раз в то время, когда начинает проявляться пигмент. Это вызвало сдвиг цвета в средней части брюшка без других последствий для развития сегментов.

Эволюционные выводы

• Независимое происхождение: Такое же генетическое изменение не было ответственно за сдвиги цвета у десяти близкородственных видов шмелей со сходной красно-чёрной вариацией.
• Множество путей к мимикрии: Это означает, что сходство в окраске у разных видов шмелей — результат не общего наследования от предка, а конвергентной эволюции. Существует множество различных генетических путей для достижения сходных цветовых паттернов (мимикрии), например, через изменения в других регуляторных областях того же гена или в совершенно других генах.