Около 66 миллионов лет назад падение астероида на Землю положило конец эпохе динозавров. Последовавшее массовое вымирание освободило место для эволюции и распространения множества других животных. В числе групп, которым в итоге удалось добиться впечатляющего успеха, оказались муравьи, и учёные выявили неожиданный генетический фактор, который мог способствовать их подъёму.
Сегодня муравьи представляют собой самое крупное семейство общественных насекомых: по всему миру насчитывается более 15 тысяч их видов. Как сообщает ScienceDaily, результаты исследования, опубликованного в журнале Science Advances, указывают на то, что исключительный эволюционный успех муравьёв отчасти был обусловлен подвижными участками ДНК — так называемыми транспозонами, или «прыгающими генами». Международную научную работу возглавил доктор Лукас Шрадер из Института эволюции и биоразнообразия (IEB) Мюнстерского университета в Германии.
Прыгающие гены — это фрагменты ДНК, способные перемещаться в разные участки генома и создавать собственные копии. Раньше учёные рассматривали их в первую очередь как «геномных паразитов»: подобно вирусам, они могут размножаться, не принося хозяину явной пользы, а иногда их активность даже способствует развитию заболеваний. Однако в последнее время исследователи всё чаще признают, что такие мобильные генетические элементы могут открывать возможности для эволюционных изменений. Новые данные говорят о том, что они сыграли важную роль в заметном разнообразии муравьёв.
Сравнив разные группы муравьёв, специалисты обнаружили, что линии с наибольшим числом прыгающих генов, как правило, отличаются и наибольшим видовым богатством в наши дни. Ещё показательнее оказалась хронология этих генетических изменений. Исследователи установили, что у нескольких крупных линий муравьёв активность прыгающих генов отдельно вспыхивала в раннем палеогене, около 66 миллионов лет назад. Эти всплески происходили незадолго до того, как группы начали разрастаться до тысяч существующих сегодня видов.
«Падение астероида имело драматические последствия для окружающей среды. Теперь мы нашли геномный механизм, который связывает эти экологические потрясения с последующей быстрой диверсификацией муравьёв: транспозоны», — поясняет Лукас Шрадер. Муравьи — не единственные животные с такой эволюционной моделью: ранее периоды повышенной активности прыгающих генов, связанные с появлением новых видов, выявляли и у других групп, включая приматов и летучих мышей.
Кроме того, исследователи обнаружили связь между прыгающими генами и расширением семейств генов, которые обеспечивают общение муравьёв с помощью химических сигналов. Особое значение имели гены обонятельных рецепторов, позволяющие насекомым распознавать запахи и реагировать на них. Эти рецепторы необходимы почти для всех сторон социальной жизни муравьёв: они сильно зависят от химических подсказок, чтобы ориентироваться в окружающей среде, узнавать членов своей колонии и согласовывать действия с сородичами. Полученные данные позволяют предположить, что прыгающие гены могли способствовать развитию этих сенсорных систем и тем самым улучшить способность муравьёв распознавать химические сообщения, на которых держатся их сложные сообщества.
Чтобы изучить влияние прыгающих генов на эволюцию муравьёв, международная команда исследователей проанализировала и сравнила геномы 163 видов. Они представляли 12 из 16 сохранившихся до наших дней подсемейств муравьёв, что дало широкую картину генетического разнообразия современных насекомых. На основе этих сравнений учёные восстановили, как транспозоны эволюционировали и меняли активность за последние 100 миллионов лет. Результаты показали яркую связь между древними всплесками активности прыгающих генов и последующей диверсификацией муравьёв: последовательности ДНК, которые когда-то считали генетическими паразитами, могли помочь процветанию одной из самых успешных групп насекомых на Земле.