Рис. 1. Четырехпятнистые зерновки на коровьем горохе в экспериментальной чашке Петри. Рисунок из синопсиса к обсуждаемой статье в Journal of Animal Ecology
Генетика инвазивных обликов давно интересует эволюционных экологов. Группа американских исследователей на образце вредителей сельского хозяйства — жуков-зерновок — экспериментально показала, что слияние двух или немало генетически разнородных популяций одного вида приводит к увеличению скорости и дальности расселения. Намечается, что это связано с явлением гетерозиса — увеличением жизнеспособности при наследовании потомками генов от неоднородных родителей. Это первое исследование, показавшее, что гибридизация может воздействовать на успешность расселения инвазивных видов.
Инвазивным видам звериных свойственно быстрое расселение. Эти виды широко распространяются в итоге деятельности человека — к примеру, среди них много вредителей сельского хозяйства. Потому их изучение имеет важное практическое значение. Одним из основных вопросов для ученых являются генетические механизмы, определяющие успешность расселения таких обликов, в частности то, как влияет на расселение гибридизацияобъединение в одной клетке неоднородного генетического материала.
С гибридизацией связано и явление гетерозиса — увеличение жизнеспособности гибридов из-за наследования ими различных аллелей от разнородных родителей. Человек давно использует гетерозис в своей практике. Одинешенек из наиболее известных примеров — это выносливые работящие мулы, воображающие собой результат скрещивания осла и кобылы. Термин гетерозис может быть применен и к звериным одного вида. Речь идет о повышенной жизнеспособности, так, потомков родительских особей, принадлежащих к разным популяциям. Увлекательный вопрос состоит в том, играет ли гетерозис какую-либо существенную роль в дикой натуре? Ведь, в принципе, разные популяции одного и того же облика в силу стечения обстоятельств могут вступать в пространственный контакт и смешиваться товарищ с другом. Причем наиболее часто это происходит, когда они начинают расширять район своего распространения и занимать прежде незаселенные угодья. В итоге две или несколько популяций могут встретиться и смешаться.
Группа биологов из Техаса (США) разрешила выяснить, может ли гибридизация влиять на скорость и дальность расселения. Объектом изыскания ученых был выбран небольшой жук — четырехпятнистая зерновка (Callosobruchus maculatus) (рис. 1) из семейства листоедов (Chrysomelidae). Это общераспространенный по всему миру вредитель зернохранилищ (предпочитающий бобовые цивилизации), а также модельный объект для исследований пространственной структуры популяций и расселения. Старшие жуки живут всего около недели и в это время не столуются. Вредителями являются личинки, которые, появившись из яиц, внедряются вовнутрь боба и питаются им. Период жизни зерновок (от появления яйца до кончины взрослого насекомого) довольно короток и составляет в среднем 32 дня.
Эксперимент проводился в лаборатории. Тут ученые работали с жуками-зерновками, привезенными из разных стран. Жуков кормили на коровьем горохе, или вигне китайской (Vigna unguiculata), — излюбленном объекте столы четырехпятнистой зерновки. Особи из разных популяций заметно отличались по молекулярно-генетическим признакам и деталям фенотипа (см. также M. Tuda et al. 2014. Global genetic differentiation in a cosmopolitan pest of stored beans: effect of geography host-plant usage and anthropogenic factors), однако вольно скрещивались между собой.
Экспериментальный «ландшафт» для моделирования расселения жуков заключался из 48 чашек Петри, последовательно соединенных стеклянными трубками в целый круг. Через трубки насекомые могли расселяться от чашки к чашке. Житейский цикл жуков (длящийся, как уже было сказано, 32 дня) был разделен на два отрезка: первые сутки взрослым индивидуумам позволяли расселяться по чашкам Петри, а на следующие 31 день насекомое помещали (совместно с другими жуками) в другую чашку Петри, откуда жуки никуда расселяться не могли и занимались размножением. Там же из отсроченных яиц развивались личинки. По достижении ими взрослого состояния этих жуков вытекающего поколения снова на сутки помещали в экспериментальный «ландшафт» и затем количественно оценивали их расселение. Такая процедура повторялась в течение шести поколений. Причем любое последующее поколение высаживали в экспериментальном «ландшафте» в самую далекую из чашек Петри, куда успели расселиться их родители.
Генезис жуков, составивших экспериментальные группы (всего их было 28) показано на рис. 2. Ученые использовали 10 групп, вводивших жуков из одной популяции (группы 1–10), и по шесть групп, поровну составленных из представителей двух (группы 11–16), четырех (17–22) и шести (23–28) популяций.
Рис. 2. Экспериментальные группы, составленные из жуков одной, двух, четырех и шести популяций. Стальным выделены квадраты, соответствующие популяциям, входящим в состав этой экспериментальной группы. А — Бенин, B — Бразилия, C — Калифорния, D — жуки из цивилизации Международного института тропического сельского хозяйства (International Institute of Tropical Agriculture), E — Мали, F — Нигерия, G — полуденная Индия, H – Уганда, I — Буркина-Фасо, J — Йемен. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Animal Ecology
Очутилось, что жуки из групп, составленных из насекомых одной популяции, расселялись с меньшей скоростью, нежели те, какие происходили из двух, четырех или шести популяций. Последние три группы между собой не отличались (рис. 3).
Рис. 3. Дистанция расселения (измеряемая в числе пройденных чашек Петри) у жуков различных экспериментальных групп в шести последовательных поколениях. Рисунок из обсуждаемой статьи в Journal of Animal Ecology
Ученые полагают, что повышение способности к расселению может быть связано с явлением гетерозиса. Этот эффект показан впервые. Желая это, в общем, ожидаемо: несложно предположить, что более жизнеспособные «гетерозисные» индивидууму будут расселяться дальше, чем их более «хилые» собратья.
Показанный в лаборатории эффект может резаться важную роль и в естественных условиях и должен учитываться при войне с вредителями сельского хозяйства. Представим себе такую ситуацию. Живет на поле некий вредитель, и его численность так или по-иному сдерживают. Но если на это поле случайно попадет тот же вид, но из другой, удаленной места (например, с посевным материалом), скрещивание двух разных популяций может повергнуть к увеличению способности к расселению и, как результат, к увеличению численности вредителя за счет завоевания им новоиспеченных пространств. Так что данное исследование прекрасно сочетает в себе фундаментальную и утилитарную значимость.
