Новозеландские веснянки утратили крылья по вине выжигавших леса маори
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.