محققان شکل منحصر به فردی از گونه زایی را در شب پره ها کشف کردند که ناشی از تفاوت در زمان فعالیت و پشتیبانی از تغییرات ژنتیکی در ژن های ساعت آنها بود.
این مطالعه تکامل پروانه‌ها را از طریق جداسازی زمانی برجسته می‌کند و یک مثال عینی از گونه‌زایی در سطح مولکولی ارائه می‌کند.
چگونه یکی گونه ها دو تا شدن؟ اگر شما یک زیست شناس هستید، این یک سوال پر بار است. اتفاق نظر بر این است که در بیشتر موارد فرآیند گونه زایی زمانی اتفاق می افتد که افراد یک جمعیت از نظر جغرافیایی منزوی می شوند. اگر به اندازه کافی از هم دور بمانند، توانایی آمیزش را از دست می دهند.
یک مطالعه جدید منتشر شده در مجموعه مقالات انجمن سلطنتی B: علوم زیستی نشان می‌دهد که چه اتفاقی می‌افتد وقتی شکل کمتر رایج گونه‌زایی رخ می‌دهد. اعضای یک گونه به جای اینکه توسط یک مانع فیزیکی مانند یک رشته کوه یا اقیانوس از هم جدا شوند، می توانند به مرور زمان از هم جدا شوند.
مطالعه موردی پروانه ها
محققان بر روی دو گونه شب پره نزدیک به هم با دامنه های همپوشانی در جنوب شرقی ایالات متحده تمرکز کردند.
یاش سوندی، نویسنده اصلی، که در حین کار در دانشگاه بین‌المللی فلوریدا و بعداً در موزه تاریخ طبیعی فلوریدا برای این مطالعه پژوهشی انجام داد، گفت: این دو بسیار شبیه هم هستند. آنها در آن یک محور، یعنی زمانی که پرواز می کنند، متمایز شده اند.»
پروانه افرا صورتی، در ژنرال درایوکمپابه نظر می رسد اگر رولد دال چیزی را از رویای تب ترسیم کند، چه چیزی به شما دست می دهد. آنها یال شیری ضخیم را روی سر و شکم خود می‌بندند و فلس‌های زندگی‌شان به رنگ توت‌فرنگی و موز است. هر دو پروانه صورتی نر و ماده منحصراً در شب پرواز می کنند.
پروانه بلوط راه راه رز، در جنس انیسونکمتر زرق و برق دار، با سایه های ظریف اخر، سنگی و مارن. در حالی که ماده های این گونه در غروب و اوایل عصر فعال هستند، نرها ترجیح می دهند در طول روز پرواز کنند.
سوندی از تحقیقات قبلی می دانست که این دو گروه، درایوکمپا و انیسونتقریباً 3.8 میلیون سال پیش از یک گونه منفرد تکامل یافته است که در مقیاس های زمانی تکاملی نسبتاً جدید است. تعداد انگشت شماری از گونه ها در این جنس وجود دارد انیسونکه همه آنها در طول روز فعال هستند. پروانه افرا صورتی شبانه تنها گونه در این جنس است درایوکمپا.
بینش ژنتیکی از گونه های پروانه
سوندی در زیست شناسی بینایی حشرات متخصص است و این جفت پروانه را فرصتی عالی برای مطالعه چگونگی توسعه دید زمانی که گونه‌ای الگوی فعالیت خود را تغییر می‌دهد، دید.
اما همه چیز طبق برنامه پیش نرفت.
من به دنبال تفاوت در دید رنگی بودم. در عوض، ما تفاوت‌هایی را در ژن‌های ساعت آنها پیدا کردیم که در نگاه به گذشته منطقی است.»
ژن های ساعت، ریتم شبانه روزی گیاهان و حیوانات را کنترل می کنند. جزر و مد پروتئین هایی که آنها می سازند باعث می شود سلول ها در مدت تقریباً 24 ساعت فعال یا غیرفعال شوند. آنها بر همه چیز از متابولیسم و رشد سلولی گرفته تا فشار خون و دمای بدن تأثیر می گذارند.
برای هر ارگانیسمی که الگوی فعالیت خود را معکوس می کند، ژن های ساعت عملاً تضمین شده است که درگیر هستند. «این سیستمی است که در همه چیز از مگس میوه گرفته تا پستانداران و گیاهان حفظ شده است. همه آنها نوعی مکانیسم زمان نگهداشتن دارند.»
مطالعه بیان ژن
پروب ها رونوشت های دو پروانه را مقایسه کردند. بر خلاف ژنوم ها که شامل کل ارگانیسم است DNAرونوشت ها فقط شامل زیرمجموعه ای از مواد ژنتیکی هستند که به طور فعال برای ساختن پروتئین ها استفاده می شود. این باعث می شود آنها برای مطالعه تفاوت در سطح پروتئین در طول روز مفید باشند.
همانطور که انتظار می رفت، سوندی تعدادی ژن پیدا کرد که در مقادیر متفاوتی در دو گونه پروانه بیان می شدند. پروانه های افرا صورتی شبانه انرژی بیشتری را در حس بویایی خود سرمایه گذاری می کنند، در حالی که پروانه های بلوط که در روز پرواز می کنند، ژن های مرتبط با بینایی بیشتری تولید می کنند.
اکتشافات در بیان ژن
با این حال، هیچ تفاوتی در ژن‌هایی که توانایی دیدن رنگ را ایجاد می‌کنند، وجود نداشت. این لزوماً به این معنی نیست که دید رنگ آنها یکسان است، اما اگر تفاوت هایی وجود داشته باشد، احتمالاً در سطح تنظیم و حساسیت هستند تا ساختار خود ژن ها.
یک ژن اضافی وجود داشت که برجسته بود. قطع شدیا دیسکودر سطوح مختلف در طول روز و شب در هر دو گونه بیان می شود. در مگس میوه، دیسکو شناخته شده است که با تولید نورون هایی که آنزیم های ساعت را از مغز به بدن منتقل می کنند، به طور غیرمستقیم بر ریتم های شبانه روزی تأثیر می گذارد.
این دیسکو ژنی که سوندی در نمونه‌های پروانه‌اش کشف کرد، دو برابر اندازه مگس میوه‌اش بود و دارای انگشتان روی اضافی بود – بخش‌های فعال یک ژن که مستقیماً با DNA در تعامل است. RNA و پروتئین ها به نظر محتمل است که تغییرات در دیسکو ژن حداقل تا حدی مسئول تغییر به پرواز شبانه در پروانه های افرا صورتی است.
هنگام مقایسه دیسکو ژن پروانه افرا صورتی با کرم بلوط، او 23 جهش پیدا کرد که هر کدام را از دیگری متفاوت می کند. جهش ها همچنین در قسمت های فعال ژن قرار دارند، به این معنی که احتمالاً به تفاوت های فیزیکی قابل مشاهده بین پروانه ها کمک می کنند. سوندی به تکامل در عمل نگاه کرد.
او گفت: «اگر این از نظر عملکردی تأیید شود، این یک مثال واقعاً خاص از مکانیسمی است که در پس چگونگی تعیین خود در سطح مولکولی وجود دارد، که نادر است.
مفاهیم برای زیست شناسی تکاملی
این مطالعه همچنین فشار مهمی برای درک بهتر روش‌های مختلف حفظ و انتشار زندگی است. هنگامی که ژنتیک برای اولین بار به یک زمینه مطالعاتی تبدیل شد، محققان بیشتر تلاش خود را بر روی چند گونه معدودی از قبیل مگس میوه یا موش های آزمایشگاهی متمرکز کردند. این کار اساساً به دلایل مصلحتی انجام شد، اما میزان شناخت ما از الگوهای بیولوژیکی گسترده را محدود می کند. همانطور که انسان یک موش آزمایشگاهی نیست، پروانه نیز مگس میوه نیست.
از آنجایی که گونه‌ها به دلیل تغییرات آب و هوایی و سایر تغییرات انسانی در حال کاهش هستند، ما باید از نظر ژنتیکی تعداد بیشتری از گونه‌هایی که باقی مانده‌اند را مهندسی کنیم تا به عنوان مثال، تحمل به خشکی را امکان‌پذیر کنیم، یا در آلودگی نوری فعال باشیم. برای انجام این کار به طور مداوم، داشتن آرایه وسیع تری از ژن های دارای ویژگی عملکردی در موجودات حیاتی است. ما نمی توانیم فقط استفاده کنیم مگس سرکهسوندی گفت.
مرجع: “بیان ژن روز-شب دیسکوی ژن شبانه روزی را به عنوان یک کاندید برای تکامل در شب پره ها نشان می دهد” 27 اوت 2024، مجموعه مقالات انجمن سلطنتی B علوم زیستی.
DOI: 10.1098/rspb.2024.0591
