Способность некоторых водомерок бегать против течения помогает более детально понять фундаментальные эволюционные законы.
Клопы водомерки любят стоячую воду. В безветренную погоду эти вообще-то очень шустрые насекомые иногда так неподвижно застывают на водной глади, что можно их не заметить, пока что-то их не потревожит. Любовь водомерок к стоячей воде вполне понятна: сопротивляться течению сложно и нам, а маленькую водомерку сносит как пушинку.
Но только всё это не про водомерок рода Rhagovelia – они без труда бегают по поверхности проточных водоемов. Вместе с ними в тех же водоемах живут водомерки Stridulivelia, однако они предпочитают держаться прибрежной зоны, отсиживаясь на листьях растений. Все дело в том, что у Rhagovelia ноги покрыты отталкивающими воду волосками, а у Stridulivelia волосков нет, и потому течение они не любят.
Водоотталкивающие волоски позволил Rhagovelia занять экологическую нишу, недоступную другим водомеркам, получив в своё распоряжение новые ресурсы. За историю эволюции живого мира такое происходило много раз: крылья насекомых, пестрые узоры бабочек, панцири черепах, пальцы ящериц, перья птиц – разнообразные и многочисленные новшества в свое время позволили разным группам живых организмов занять экологические ниши, недоступные конкурентам.
Но как именно действует естественный отбор, что в результате у нас получаются крылья, перья и т. д.? На водомерках это можно показать весьма наглядно. Водоотталкивающие волоски есть только у рода Rhagovelia, и исследователи из Национального центра научных исследований во Франции решили узнать, как такой признак у них появился.
Вначале необходимо было понять, какие гены отвечают за то, что на ногах у Rhagovelia появляются лопасти из волосков. Таких генов оказалось два, и более детальное исследование показало, что один из них эволюционно более старый и был унаследован от предкового насекомого. Второй же ген возник непосредственно у Rhagovelia. (Округлые перистые лопасти на ногах насекмоых напомнили исследователям веер гейши, поэтому два гена, отвечающих за их развитие, получили названия гейша (geisha) и мать гейши (mother-of-geisha); «матерью» стал более древний ген.)
Поскольку последовательности обоих генов очень схожи, то скорее всего более старый в какой-то момент удвоился, и лишняя копия, накопив в себе отличия, стала новым геном. Кроме того, поскольку гены активны у водомерок только в концевых клетках средних ног, то можно сделать вывод, что эволюция волосковых лопастей происходила как минимум в два этапа: сначала в результате удвоения (или дупликации) возник новый ген, а потом оба гена определились с тем, где они будут работать.
У водомерок удалось найти и другие уникальные гены, которые активны только в средних ногах, а в остальном теле молчат. Когда исследователи отключали первые два гена, у насекомых все равно лопасти развивались, но кое-как, оставаясь зачаточными. Водомерки с недоразвитыми лопастями показывали промежуточные по ловкости результаты: чувствовали себя в движущейся воде менее уверено, чем нормальные сородичи, но все же лучше, чем водомерки совсем без лопастей.
В своей статье в Science исследователи предполагают, что сначала у Rhagovelia каким-то образом перестроились уже имевшиеся гены, так что в результате они получили зачатки лопастей. А уже затем последовала дупликация и в дело вступили те два гена, о которых шла речь выше, и зачатки превратились в полноценные лопасти.
В целом на примере водомерок мы видим еще одно подтверждение теории, согласно которой сложные приспособления возникают постепенно из более простых структур. То же самое происходило и с крыльями, и с перьями, и с глазами – везде все начиналось с каких-то элементарных зачатков; однако именно более простые случаи, вроде водомерок с их волосками, помогают понять некоторые детали того что происходило, на генетическом уровне.
Автор: Кирилл Стасевич