Глобальное вымирание, произошедшее около 66 млн лет назад после падения астероида, могло создать условия для стремительного эволюционного разнообразия муравьев. Международная группа ученых обнаружила, что важную роль в этом процессе могли сыграть мобильные участки ДНК, известные как «прыгающие гены». Они могли способствовать развитию генетических механизмов, обеспечивающих способность муравьев распознавать химические сигналы и взаимодействовать друг с другом.

Результаты исследования, проведенного под руководством Лукаса Шрадера из Института эволюции и биоразнообразия Мюнстерского университета в Германии, опубликованы в журнале Science Advances.

Сегодня муравьи - одна из наиболее разнообразных групп общественных насекомых. В мире насчитывается более 15 тыс. их видов. Новое исследование позволяет предположить, что одним из факторов их эволюционного успеха стала активность мобильных генетических элементов.

Как «прыгающие гены» влияют на эволюцию

Транспозоны, или «прыгающие гены», представляют собой участки ДНК, способные перемещаться в разные места генома и создавать собственные копии. Ранее ученые преимущественно рассматривали их как генетических паразитов: подобно вирусам, они могут размножаться внутри генома, не принося очевидной пользы организму. В некоторых случаях их активность способна приводить к нарушениям.

Однако в последние годы исследователи все чаще обращают внимание на другую сторону этого явления. Перемещение генетических элементов может создавать новые варианты генома и тем самым предоставлять материал для эволюционных изменений. Чтобы выяснить, какую роль этот механизм сыграл в развитии муравьев, ученые сравнили геномы представителей различных эволюционных линий. Выяснилось, что группы, в геномах которых содержится больше «прыгающих генов», как правило, отличаются и большим количеством современных видов.

Особенно важным оказалось совпадение по времени: в нескольких крупных эволюционных линиях муравьев периоды повышенной активности транспозонов пришлись на начало палеогена — эпохи, начавшейся около 66 млн лет назад. Эти всплески происходили незадолго до того, как соответствующие группы начали активно диверсифицироваться. «Падение астероида имело драматические последствия для окружающей среды. Теперь мы обнаружили геномный механизм, связывающий эти экологические потрясения с последующим быстрым разнообразием муравьев: транспозоны», - пояснил Шрадер.

Генетические изменения могли усилить способность муравьев общаться

Еще одним важным результатом стало обнаружение связи между активностью транспозонов и расширением семейств генов, отвечающих за химическое восприятие. Особое внимание исследователи уделили генам, кодирующим обонятельные рецепторы. Эти белки позволяют муравьям обнаруживать запахи и реагировать на химические сигналы, играющие ключевую роль в их общественной жизни.

Муравьи используют химические вещества для ориентации в окружающей среде, распознавания членов своей колонии и координации совместных действий. Способность воспринимать и интерпретировать такие сигналы необходима для функционирования сложных социальных систем этих насекомых.

По мнению исследователей, активность «прыгающих генов» могла способствовать увеличению числа генов, связанных с обонятельными рецепторами. Это, в свою очередь, могло расширить возможности муравьев по обнаружению и распознаванию химических сигналов. Выявленная связь, тем не менее, сама по себе не доказывает, что транспозоны непосредственно вызвали развитие более сложной коммуникации. Результаты указывают на возможный генетический механизм, который требует дальнейшего изучения.

Ученые изучили геномы 163 видов муравьев

Для исследования международная команда проанализировала геномы 163 видов муравьев, представляющих 12 из 16 современных подсемейств. Это позволило охватить значительную часть генетического разнообразия существующих групп. На основе полученных данных ученые реконструировали изменения активности транспозонов на протяжении последних 100 млн лет и сопоставили их с эволюционной историей муравьев.

Результаты выявили связь между древними всплесками активности мобильных генетических элементов и последующим увеличением разнообразия отдельных эволюционных линий. Подобные закономерности ранее обнаруживали и у других животных, в том числе у приматов и летучих мышей. Это позволяет предположить, что транспозоны могли играть важную роль в эволюции разных групп организмов, хотя конкретные механизмы и последствия их активности могут различаться.

Таким образом, генетические элементы, которые долгое время считались преимущественно паразитическими последовательностями, могли стать одним из факторов эволюционного успеха муравьев. Глобальные экологические изменения после вымирания динозавров, вероятно, открыли новые возможности для их распространения, а особенности генома могли помочь этим насекомым воспользоваться возникшими условиями.