Cверчки: заговор молчания
Наталья Резник
«Троицкий вариант» №14(158), 15 июля 2014 года
Эволюция творится на наших глазах. Сверчки, для которых стрекотание стало смертельно опасным, всего за 20 поколений утратили способность издавать звуки. Неслыханно короткий срок, особенно если учесть, что своими «песнями» сверчки подманивают и очаровывают самку. Теперь они ухаживают молча.
Эта история началась в конце прошлого века, когда на Гавайских островах встретились два завозных вида: полевые сверчки Teleogryllus oceanicus из Австралии и островов Тихого океана и маленькие мухи Ormia ochracea из Северной Америки. Самцы сверчков по ночам стрекочут, привлекая самок. К сожалению, на эти же звуки летят и O. ochracea, они откладывают яйца на покровы сверчков, а личинки, которые из них выводятся, вгрызаются в тело хозяина и поедают его. Насекомое гибнет за неделю.
С 1991 года T. oceanicus на Гавайских островах изучает Марлен Зак (Marlene Zuk) из Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California Riverside). Сверчки живут на трех островах: Кауаи, Оаху и Гавайи. Сильнее всего мухи одолевали сверчков Кауаи, в конце 90-х годов они паразитировали уже на трети самцов. Казалось, что островной популяции пришел конец, однако вышло иначе. Сначала у сверчков изменилась структура песни, а потом они замолкли. В 2001 году Марлен Зак еще слышала их стрекотание, в 2003 году на острове стояла тишина. При этом T. oceanicus были многочисленны и прекрасно себя чувствовали.
Сверчки стрекочут, потирая друг о друга рельефными крылышками, на которых есть особые вздутые жилки с зубчиками и скребки. При трении скребка о зубчики возникает звук: будто ногтем проводят по расческе. Оказалось, что у всех безмолвных сверчков Кауаи зубчики на крыльях почти исчезли, а немногие оставшиеся уменьшились в размерах и расположены под углом, исключающим производство звуков. Мутация получила название flatwing, поскольку крылья у насекомых утратили рельеф. Однако для полета они годятся. В 2003 году у 96% самцов T. oceanicus были плоские крылья.
Скрещивания, которые провели исследователи, показали, что flatwing вызвана изменением в единственном гене, расположенном на половой Х-хромосоме (у самок сверчков две Х-хромосомы, у самца одна, а Y-хромосомы нет). Как любая мутация, flatwing может возникнуть в любой популяции, но на Кауаи она закрепилась в результате сильного давления отбора. Средство оказалось эффективным: из 122 самцов, пойманных в 2003 году, лишь один был заражен личинками O. ochracea.
Электронная микрофотография крыльев T. oceanicus у нормальных самцов (а), самцов flatwing (в) и самок (с). Фото из статьи Zuk et al.
Спустя два года, в 2005 году, плоскокрылые самцы сверчков появились на острове Оаху, удаленном на 101 км от Кауаи. К настоящему времени почти половина из них безмолвствует. Появлением немых сверчков в разных популяциях заинтересовались специалисты из шотландского Института Сент-Эндрюса (University of St Andrews) под руководством Натана Бейли (Nathan Bailey), которые присоединились к исследованиям Марлен Зак.
Сначала ученые предположили, что плоскокрылые сверчки просто мигрировали на Оаху с соседнего острова. Однако их крылья настолько отличаются от крыльев flatwing на Кауаи, что разница заметна невооруженным глазом. Сверчки Оаху сохранили гораздо больше стрекотальных приспособлений. Скрещивания и анализ последовательностей ДНК подтвердили, что flatwing на Оаху имеют иную природу, чем на Кауаи. В этом случае мутация также произошла в единственном гене, расположенном на Х-хромосоме, но это либо другой ген, либо другой участок того же гена. Сейчас исследователи уточняют, какие именно последовательности изменились у сверчков и не влияют ли эти изменения на другие признаки.
Молчание надежно защитило T. oceanicus от паразитов, но им ведь и размножаться надо. Стрекотанием самец подманивает самку, а когда она приблизится, исполняет для нее «песнь ухаживания». Это обязательный ритуал, без которого самка не позволит партнеру приступить к спариванию. Безмолвные насекомые ухаживают за дамами под чужие песни. Даже на Кауаи 4% самцов еще стрекочут. Молчальники затаиваются поблизости (среднее расстояние составляет около 75 см), дожидаются появления самки и вылезают из укрытия. Такое же поведение характерно для сверчков Gryllus texensis, на которых O. ochracea паразитируют на родине, в Америке. Там один самец поет, а несколько поджидают самку молча, усевшись примерно в метре от певца.
Остается загадкой, как безгласные T. oceanicus удерживают внимание самок. В других местах самец без песни ухаживания обречен на безбрачие, на Кауаи и Оаху самки принимают молчаливых партнеров. Возможно, на островах, где сверчков поначалу было немного, самки стали менее привередливы, иначе они рисковали не найти подходящего самца. К тому же их потомство от плоскокрылых отцов тоже будет молчащим и, следовательно, защищенным от ужасных мух.
Ученые полагают, что самцы, лишенные возможности стрекотать, в ближайшее время разработают другой способ заявить о себе, например феромоны. T. oceanicus выделяют углеводные соединения. Исследователи установили, что самки различают по запаху выделения самцов и самок, реагируют на запах самцов, причем химические сигналы нормальных самцов и самцов flatwing привлекают их в равной степени. Не исключено, что они продолжат развивать химическую сигнализацию. Как бы то ни было, проблему общения полов они пока решают весьма успешно.
Что касается O. ochracea, то на Гавайских островах для них нет альтернативных хозяев. Возможно, они вымрут, если сверчки окончательно замолчат. Или сохранятся в небольшом количестве, поскольку плоскокрылость не служит абсолютной защитой. На острове Гавайи, также заселенном T. oceanicus, но почти не страдающем от мух, в 2010 году 2% самцов уже не стрекотали. Ученым еще предстоит разобраться, какая мутация вызвала у них плоскокрылость. Но если мухи нападут на остров, генетический задел у тамошних сверчков уже есть.
Случай с гавайскими сверчками интересует ученых как удивительный пример конвергентной эволюции, причем невероятно быстрой — всего за несколько лет в разных популяциях независимо возникли разные мутации, приведшие к сходным изменениям. Что ж, острова всегда были сокровищницей для эволюционистов. Земляные вьюрки Галапагосских островов упомянуты во всех учебниках как наглядный пример дивергенции вида в разных условиях обитания. Не исключено, что скоро достойное место рядом с ними займут гавайские сверчки — образец конвергенции.
1) Zuk M., Rotenberry J.T., Tinghitella RM. Silent night: adaptive disappearance of a sexual signal in a parasitized population of field cricket. Biol. Lett. 2006; 2: 521–524. DOI: 10.1098/rsbl.2006.0539.
2) Pascoal S., Cezard T., Eik-Nes A, Gharbi K., Majewska J., Payne E., Ritchie G., Zuk M., Bailey N.W. Rapid convergent evolution in wild crickets [http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(14)00524-7]. Current Biology. 2014. DOI: 10.1016/j.cub.2014.04.053.
3) Gray B., Bailey N.W., Poon M., Zuk M. Multimodal signal compensation: Do field crickets flexibly shift sexual signaling modality after the evolutionary loss of acoustic communication? Animal Behaviour. 2014. DOI: 10.1016/j.anbehav.2014.04.033.
.jpg)
