Что может рассказать нам крошечная оса с довольно жутким жизненным циклом паразита об эволюции, поведении и заболеваниях человека? В новой статье исследователи под руководством Иштвана Мико и Холли Хоаг из Университета Нью-Гэмпшира (UNH) предполагают, что таких сведений можно получить немало.
Команда учёных тщательно изучила трёхмерную структуру четырёх видов ос Nasonia. Статья, размещённая на обложке Journal of Insect Science, описывает едва заметные структурные различия в нижней части головы у разных видов, которые оказывают существенное влияние на ухаживание и брачное поведение.
Исследователи использовали передовые технологии трёхмерной микроскопии, чтобы изучить области головы у четырёх видов Nasonia — vitripennis, longicornis, giraulti и oneida — и получить более полное представление о ситуации.
Выводы проливают свет на более широкий круг исследований в области развития и заболеваний
«У насекомых очень простые пути развития и ткани, — говорит Мико. — Они позволяют нам узнать, как гены способствуют основным различиям в структурах и поведении, что невозможно сделать на примере человека».
Выявление тонкостей генетических взаимодействий, которые приводят к дефектам и различиям у ос Nasonia, обеспечивает ключевую основу для понимания этих процессов у других видов, включая человека. Например, Nasonia — важный модельный организм для изучения черепно-лицевых аномалий, которые являются наиболее распространёнными врождёнными дефектами у человека.
Осы Nasonia откладывают яйца в мухах
Самки ос Nasonia ищут куколки личиночных мух, превращающихся во взрослых особей. Просверлив небольшое отверстие в прочном внешнем слое, они впрыскивают яд и откладывают 20–40 мелких яиц. Яд останавливает развитие мух-хозяев, делая их более питательным источником для личинок ос после вылупления.
Паразитическое поведение
Паразитическое поведение ос Nasonia представляет особый интерес для биологов. Их разные виды довольно тесно связаны между собой, что делает их отличной модельной системой для изучения эволюции видов и биологических механизмов, управляющих специфическим поведением.
Исследование ухаживания у самцов Nasonia
Мико, куратор коллекции насекомых и других членистоногих UNH, и Хоаг, выпускница UNH 2021 года, работавшая с Мико над своим дипломным проектом, сосредоточились на изучении брачного поведения самцов Nasonia в сочетании со структурными особенностями их нижних голов. Предыдущие исследования показали, что различия в нижней части головы у самцов могут быть использованы для различения видов Nasonia. Могут ли эти различия также быть связаны с вариациями в поведении ухаживания?
В целом, у самцов Nasonia ухаживание начинается с последовательности «кивков головой» и вибраций крыльев. Также есть признаки того, что самец производит афродизиак — феромон, хотя его состав и происхождение остаются неизвестными. Самка, в свою очередь, выбирает, сигнализировать ли о готовности к спариванию или отвергнуть самца, завершив процесс ухаживания.
Специфика интенсивности и продолжительности кивков, а также место ухаживания — внутри или вне хозяина-мухи — зависят от вида Nasonia.
Результаты исследования
Исследователи обнаружили, что область щеки (gena) между сложным глазом и ротовой областью имеет важные различия между самцами разных видов. Также они идентифицировали и охарактеризовали три железы в области головы, которые ранее не были описаны. Две из них не показали заметных различий между видами или полами, но третья, названная геномндарибулярной железой, либо отсутствовала, либо была настолько мала, что её невозможно было измерить у самок.
Хоаг использовала свою изобретательность, чтобы создать эффективный и недорогой вариант точного измерения таких мелких структур.
«Я увидела, что стоматологи используют бесплатную программу с открытым исходным кодом для измерения объёма зубов, — говорит Хоаг. — Я смогла применить их рабочий процесс и использовать его для измерения структур у Nasonia».
На основании своих выводов исследователи выдвинули гипотезу, что геномндарибулярная железа на самом деле является источником афродизиака — феромона. Кроме того, они предположили, что различия в брачном поведении, строении нижней части головы и размере желёз связаны с тем, спариваются ли особи внутри или вне хозяина-мухи, или и тем и другим.
Дальнейшие исследования конкретных различий между видами в поведении ухаживания и производстве феромонов позволят получить более глубокие знания о взаимосвязи между эволюцией и развитием у ос, а также у других видов, включая человека.
Предоставлено Университетом Нью-Гэмпшира.