Ароматические усилия направлены на привлечение партнера.
«Мы знаем, что многие животные производят феромоны, и они обычно производят их через какой-либо метаболический путь», – сказал доцент Сантьяго Рамирес, Департамент эволюции и экологии Калифорнийского университета в Дэвисе. "Но орхидеи пчелы уникальны тем, что большинство их феромонов фактически собирается из растений и других источников, таких как грибы."
Пчелы-орхидеи – мастера-парфюмеры, и исследования показывают, что духи, которые придумывают самцы, уникальны для их конкретных видов. В течение многих лет Рамирес, член Центра популяционной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе, а также недавний доктор философии.D. аспирант Филипп Бранд, выпускник группы по популяционной биологии, изучил брачное поведение орхидейных пчел, раскрывая сложные химические вещества, ответственные за успешное размножение. Исследование дало им беспрецедентный взгляд на формирование новых видов.
И драйвер расхождения: экологическая парфюмерия.
В исследовании, опубликованном в Nature Communications, Брэнд, Рамирес и их коллеги связывают эволюцию сексуальных сигналов у орхидейных пчел с геном, который сформирован парфюмерными предпочтениями каждого вида.
«Наше исследование поддерживает гипотезу о том, что в системе связи духов орхидей пчелы химия мужских духов и женское предпочтение химии духов могут одновременно развиваться через изменения в одном гене рецептора», – сказал Бранд, чей тезис лег в основу исследования.
«Представьте, что у вас есть предковый вид, который использует определенные соединения для общения друг с другом», – сказал Рамирес. "Если у вас есть химический канал связи, а затем этот химический канал связи разделяется на два отдельных канала, тогда у вас есть возможность для образования двух отдельных видов."
Ароматное сиденье в первом ряду от evolution
Из 250 видов орхидейных пчел исследования Бранда и Рамиреса были сосредоточены на Euglossa viridissima и Euglossa dilemma, двух отдельных видах, ранее классифицированных под одним научным названием. Они разошлись примерно 150 000 лет назад.
Физически и генетически эти два вида почти неотличимы, но, к счастью, они в основном обитают в неперекрывающихся ареалах в Центральной и Южной Америке, с некоторым перекрытием на полуострове Юкатан в Мексике.
"Это аккуратное распределение для изучения формирования видов, потому что оно показывает, что наблюдаемые нами вариации – это не просто продукт географических вариаций, и когда эти два вида сосуществуют, они все еще остаются отдельными видами, даже несмотря на то, что они испытали гибридизацию в недавнее прошлое ", – сказал Рамирес. «Каждый вид занимает уникальную нишу в химическом пространстве."
E. viridissima и E. дилеммы на самом деле легче отличить по химическим различиям их духов. Используя газовую хроматографию и масс-спектрометрию, исследователи разделили и проанализировали каждое химическое соединение в соблазнительном аромате самца орхидеи пчелы.
Между ароматами E. viridissima и E. дилемма, разница сводилась к двум молекулам. E. Духи viridissima содержат молекулу, называемую 2-гидрокси-6-нона-1,3-диенилбензальдегид (HNDB), и E. дилемма содержит лактон под названием L97.
«Мы обнаружили, что пчелы сгруппированы в два облака на основе присутствия этих основных соединений, что убедительно свидетельствует о том, что каждое из них соответствует отдельному виду орхидейных пчел», – сказал Рамирес.
По словам Рамиреса, это означает, что эти похожие на феромоны ароматы не только различаются между видами, но и, вероятно, повлияли на их изначальное расхождение.
"В этом есть смысл, верно?"сказал Рамирес. "Если у вас есть другой химический сигнал, и поэтому вы не собираетесь спариваться с теми, у кого другой сигнал, то это поможет сохранить виды отдельно друг от друга."
Ароматические сигналы – следуйте за своими антеннами
После анализа геномов E. viridissima и E. дилемма, Рамирес и его коллеги подчеркнули различия в кластере генов, связанных с обонянием.
У орхидейных пчел эти гены экспрессируются в их антеннах, что позволяет им обнаруживать молекулы, переносимые по воздуху. Исследователи определили, что ген 41 обонятельного рецептора (OR41) отличается у двух видов.
«Этот ген накопил много изменений между этими двумя видами, что позволяет предположить, что эти изменения ответственны за сбор различных парфюмерных соединений», – сказал Рамирес. «Идея заключается в том, что по мере развития этих обонятельных генов и накопления новых мутаций они становятся более чувствительными к различным молекулам и, следовательно, позволяют пчелам собирать или не собирать определенные соединения."
По словам Брэнда, такие различия в одном гене крайне редки. «Обычно дивергентные генетические области – также называемые« геномными островами дивергенции »- включают от десятков до сотен генов, и очень сложно точно определить ген, подвергаемый селекции», – сказал он.
Это колени пчелы (или гены)
Чтобы выяснить, какие молекулы обнаруживают два вида орхидейных пчел с помощью OR41, Бранд и Рамирес использовали другое насекомое, переносимое по воздуху, плодовую муху (Drosophila melanogaster).
«Мы создали этих трансгенных мух, экспрессирующих гены орхидейных пчел, и это идеальная установка для точного анализа функции этого гена», – сказал Рамирес.
Команда проверила вариант OR41 каждого вида против отдельных запахов и смесей запахов, которые обычно встречаются в среде орхидейных пчел.
Когда команда проверила запахи против E. вариант OR41 viridissima, они обнаружили, что он реагирует на парфюмерные смеси, содержащиеся в восках, используемых самками для построения клеток выводков, и на «несколько жирных кислот со средней и длинной цепью», часто встречающихся в восках. Вариант не реагировал на отдельные сложные запахи.
E. Вариант OR41 дилеммы последовательно отвечал на видоспецифическое соединение HNDB и E. дилемма парфюмерных смесей, содержащих HNDB.
"Вариант OR41 в E. "дилемма превратилась в высокоспецифический рецептор, отвечающий исключительно на его главное видоспецифическое парфюмерное соединение", – сказал Брэнд. "Вполне вероятно, что E. дилемма получила возможность отличить HNDB от других химических веществ из-за этого."
Бранд продолжал изучать хемосенсорные системы насекомых в качестве постдокторского исследователя в лаборатории доцента Ванессы Рута из Университета Рокфеллера. Он работает «над выявлением ключевых генетических и нейронных механизмов, лежащих в основе эволюции поведения."
«Я сосредотачиваюсь на репродуктивном поведении, таком как ухаживание и спаривание, и на том, как они развиваются и способствуют возникновению и сохранению новых видов», – сказал Бранд
«Для меня полная интеграция традиционно разделенных областей нейробиологии и эволюционной биологии – это следующий большой шаг к тому, чтобы узнать, как модели поведения расходятся и приводят к появлению новых видов», – добавил он.
Рамирес также создал первую в истории популяцию орхидейных пчел в исследовательском центре Университета Флориды, Форт. Кампус Лодердейла.
Рамирес надеется использовать объект для продолжения изучения поведения пчел и посмотреть, являются ли орхидеи пчелы жизнеспособным вариантом для углубленных исследований в области химической коммуникации, поведения животных и биологии опыления.