Российские биологи определили механизм спаривания половых хромосом птиц
Исследователи из Новосибирского Академгородка изучили процесс спаривания половых хромосом новонебных птиц девяти видов. У всех из них начальное спаривание произошло в одном псевдоаутосомном районе, тогда как оставшиеся участки объединялись по негомологичному механизму. Однако у белой трясогузки ученые обнаружили и второй псевдоаутосомный район на другом конце хромосомы, что предполагает обмен участками с неполовой хромосомой – свидетельство такой перестройки получено впервые. Исследование опубликовано в журнале Genes.
У птиц, как и у человека, пол определяется комбинацией половых хромосом — только называют их не X и Y, а Z и W. Такое различие связано с тем, что у птиц две разные хромосомы определяют женский пол (ZW), а не мужской (ZZ). Считается, что пара половых хромосом у птиц появилась в результате подавления рекомбинации между парой неполовых хромосом: когда на одной из них появился определяющий пол ген, парные хромосомы перестали обмениваться ДНК при делении, перестали походить друг на друга и эволюционировали в две непарные.
Однако в процессе деления таким разным хромосомам все равно нужно объединяться в общую структуру. Это необходимо, чтобы дочерним клеткам впоследствии досталось по одной хромосоме из каждой пары. Парные хромосомы (аутосомы) объединяются в пары на основании сходства их последовательностей ДНК — и у половых хромосом есть участки сходства для объединения. Их называют псевдоаутосомными районами: хромосомы объединяются в этих местах и от них начинают «слипаться» по всей длине.
Исследователи из Института цитологии и генетики в Новосибирске под руководством Анны Торгашевой (Anna Torgasheva) проанализировали процесс объединения половых хромосом у девяти видов новонебных птиц: домашней курицы, серого гуся, черной и речной крачек, бледной береговушки, деревенской ласточки, мухоловки пеструшки, большой синицы и белой трясогузки. Для этого хромосомы ооцитов птиц окрасили при помощи антител к основным белкам синаптонемного комплекса – структуре, объединяющей хромосомы в пары при делении, а также к белкам рекомбинации – чтобы определить псевдоаутосомные районы.
Почти для всех ооцитов процесс спаривания половых хромосом оказался одинаковым: он начинался с одного псевдоаутосомного района, который находился на концах Z- и W-хромосом. Также ученые заметили, что их спаривание задерживается по сравнению с другими хромосомами — когда те уже объединились, половые хромосомы только спарили псевдоаутосомные районы.
Несмотря на единообразие среди всех видов, биологи обнаружили сразу два исключения. Так, в одном из ооцитов трясогузки псевдоаутосомных районов оказалось сразу два — новая точка появилась на другом конце хромосомы. Судя по всему, это произошло из-за обмена участками с неполовой хромосомой: свидетельство такой перестройки получено впервые.
А вот в одном из ооцитов курицы биологи обнаружили район рекомбинации, который появился из-за древней гомологии между половыми хромосомами — тем не менее, сходство участков в нем оказалось недостаточно сильным, чтобы основать псевдоаутосомный район и запустить спаривание хромосом. Исследователи признают, что данные единичных клеток сложно достоверно подтвердить, поскольку исследование ограничено количеством животных. Однако эта работа позволяет посмотреть на эволюцию половых хромосом птиц под новым углом и предполагает дальнейшие исследования процессов их рекомбинации.
Нарушение процессов спаривания хромосом также часто становится причиной гибридной стерильности и видообразования. Все та же группа ученых из Новосибирска недавно показала, что это верно для самцов полевок. Чтобы исследовать этот вопрос, биологи скрестили попарно особей пяти видов полевок.
Анна Муравьева
Такие ловчие сети до сих пор не были известны ни у одного вида
Центральноамериканские пауки Gelanor siquirres охотятся на других пауков с помощью необычных ловчих сетей. Эти хищники прикрепляют к растениям или земле несколько неклейких паутинных нитей. Пауки других видов пытаются использовать эти нити в качестве каркаса для строительства собственных ловчих сетей и привлекают внимание G. siquirres, которые быстро спускаются из убежища на нижней стороне листа и съедают их. Как отмечается в статье для журнала Animal Behaviour, подобный способ охоты ранее не был известен ни у одного вида пауков. Размер и форма ловушек, которые строят пауки, зависят от того, на какую добычу и в каких условиях они охотятся. Например, для рода Scoloderus характерны ловчие сети с сильно увеличенной верхней частью, которые идеально подходят для ловли ночных бабочек. Мадагаскарские представители рода Damastes создают из листьев и паутины западни для лягушек. А пауки Wendilgarda galapagensis с тихоокеанского острова Кокос плетут три разных вида ловчих сетей, предназначенных для охоты над водой, у поверхности земли и высоко над ней. Команда арахнологов под руководством Гилберта Баррантеса (Gilbert Barrantes) из Университета Коста-Рики описала неизвестную ранее конструкцию паучьих ловчих сетей. Осенью 2016 года исследователи в течение одного вечера встретили в заповеднике Тиримбина в Коста-Рике одного самца и пять самок пауков Gelanor siquirres из семейства Mimetidae. На тот момент вид был известен по единственной самке и практически не изучен. Все пять особей G. siquirres, которых нашли Баррантес и его коллеги, находились около своих ловчих сетей. Это позволило исследователям выяснить, как они охотятся. Оказалось, что эти пауки строят на нижней поверхности листьев в 1,6-2 метрах над землей убежище из нескольких паутинных нитей. От него отходят от одной до шести длинных неклейких паутинных нитей, которые крепятся к земле или растительности. Их длина достигает от 0,5 до 2 метров, а угол между ними и поверхностью земли составляет от 15 до 90 градусов. Авторы предполагают, что во время строительства сети пауки либо спускаются на землю и прикрепляют к ней паутинные нити, либо отпускают их концы в воздух, чтобы те зацепились за соседние растения. На трех паутинных нитях самца G. siquirres исследователи увидели три более тонкие горизонтальные нити. Они принадлежали паукам других видов, которые искали подходящее место для ловчей сети, выпуская паутинные нити в воздух и обследуя субстрат, к которому те прикрепились. Одна из таких нитей прямо на глазах у авторов прикрепилась к нити самца G. siquirres. После этого по ней прошел паук-кругопряд, видовую принадлежность которого определить не удалось. Когда кругопряд добрался до нити G. siquirres, тот быстро спустился и после недолгой погони поймал гостя и парализовал или убил его укусом. После этого G. siquirres вместе с добычей поднялся в убежище на нижней стороне листа. Баррантес с соавторами также заметили, как взрослая самка G. siquirres поднимается по собственной нейклейкой нити, удерживая в хелицерах паука другого вида. Чтобы удостовериться, что они наблюдали охоту G. siquirres, исследователи посадили на одну из нитей другой особи этого вида пойманного паука-кругопряда. Хозяин сети тут же спустился и почти добрался до подсаженного к нему паука — но в этот момент их обоих спугнул упавший лист. По словам авторов, в последующие годы они наблюдали аналогичное поведение G. siquirres еще трижды, каждый раз после наступления темноты. Исследователи предполагают, что построенные G. siquirres конструкции представляют собой ловушки для других пауков, которые ищут место для собственных ловчих сетей с помощью выпускаемой в воздух паутины. Потенциальные жертвы, после того как их нити прикрепляются к нитям G. siquirres, отправляются обследовать субстрат для строительства или укреплять свою паутину. В результате они задевают нить G. siquirres, привлекают его внимание и становятся его добычей. Ни у одного другого вида подобные охотничьи приспособления известны не были. Вероятно, необычные сети позволяют G. siquirres использовать обильный, но доступный лишь в течение нескольких часов в сутки пищевой ресурс — многочисленных пауков, которые в сумерках и после наступления темноты активно ищут место для охоты. Интересно, что другие представители семейства миметид тоже охотятся на пауков — но вместо того, чтобы приманивать их, как правило, забираются в чужие ловчие сети и убивают их хозяев. Есть среди центральноамериканских пауков и другие примеры необычного поведения. Так, Trechalea extensa в случае опасности ныряют под воду. Здесь они способны провести более получаса, получая кислород из тонкой пленки воздуха вокруг собственного тела. Именно так повел себя представитель этого вида при встрече с зоологами.