После того, как маори несколько столетий назад начали выжигать леса, некогда покрывавшие большую часть новозеландского Южного острова, отдельным популяциям веснянок Zelandoperla fenestrata пришлось отказаться от полета. К такому выводу пришли энтомологи, проанализировав соотношение крылатых и бескрылых особей на пяти участках в местных горах. Там, где верхняя граница лесов опустилась из-за выжиганий, доля бескрылых особей заметно увеличилась. Как отмечают авторы в статье для журнала Biology Letters, на открытой горной местности веснянкам трудно справляться с сильным ветром, поэтому они и стали нелетающими. Столь быстрый эволюционный переход произошел всего за 300 поколений.
Способность летать помогает насекомым спасаться от хищников, находить пищу и партнеров, а также мигрировать, иногда на значительные расстояния. Тем не менее, порой крылья становятся для них помехой. Так, на субантарктических и антарктических островах дуют сильные ветра, из-за которых живущим здесь насекомым трудно нормально летать. Неудивительно, что около половины их видов стали бескрылыми.
Из-за ветреного климата от крыльев вынуждены отказываться и многие насекомые, живущие в горной местности. Например, в новозеландских горах обитает несколько видов веснянок с бескрылыми имаго. А местные веснянки из видового комплекса Zelandoperla fenestrata могут быть летающими или нелетающими в зависимости от того, на какой высоте они живут. В низинных лесах распространена крылатая форма, а в безлесной местности на больших высотах — бескрылая.
Команда энтомологов, которую возглавил Броди Фостер (Brodie J. Foster) из Университета Отаго, предположила, что исчезновение новозеландских лесов, которое началось после колонизации архипелага маори, должно было повлиять на распространение крылатых и бескрылых форм Z. fenestrata. Чтобы проверить данную идею, исследователи выбрали пять точек на юге Южного острова Новой Зеландии, на трех из которых леса были выжжены маори несколько столетий назад, в результате чего верхняя граница роста деревьев опустилась, а на двух остались нетронутыми. На каждой из точек авторы заложили учетные маршруты, которые проходили вдоль ручьев, и подсчитали численность бескрылых и крылатых веснянок. В ходе предварительных исследований была установлена взаимосвязь между анатомическими особенностями личинки Z. fenestrata и взрослой особи, в которую она превратится, поэтому в анализ включили не только имаго, но и нимф.
Проанализировав размер крыльев у нескольких сотен особей, Фостер и его соавторы подтвердили, что на всех точках соотношение крылатых и бескрылых веснянок меняется в зависимости от высоты. На низких высотах живут только летающие особи, чуть выше среди них появляются нелетающие, а на больших высотах летающих веснянок практически не остается. Однако точка, после которой крылатые особи уступают место бескрылым, зависит не от абсолютной высоты над уровнем моря, а от того, где проходит верхняя граница роста лесов (p=0,01). На двух участках, где леса сохранились, переход от крылатых особей к бескрылым начинается на большей высоте, чем на трех участках, где леса выжгли маори. По мнению исследователей, это связано с тем, что в лесах веснянки защищены от ветра, благодаря чему могут сохранить крылья и способность летать.
Полинезийцы колонизировали Новую Зеландию около 750 лет назад, а массовое выжигание лесов на Южном острове началось примерно 600 лет назад. Таким образом, доля бескрылых особей в ряде локальных популяций Z. fenestrata выросла всего за шесть столетий — или за 300 поколений, если учесть, что жизненный цикл этих насекомых занимает два-три года. Это пример очень быстрых эволюционных изменений, спровоцированных деятельностью человека. В ходе дальнейших исследований Фостер с коллегами планируют выяснить, какие генетические механизмы лежат в их основе.
Ранее мы рассказывали о том, как зоологи изучали поведение инвазивных обыкновенных ежей (Erinaceus europaeus) в горах Новой Зеландии. Оказалось, что с приходом зимы эти млекопитающие не мигрируют в долины, как предполагали ученые, а остаются зимовать на больших высотах, где впадают в спячку.
Сергей Коленов
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.