Хромосомные мутации позволили комарам выжить во времена динозавров.

В обзорной статье, опубликованной в журнале Current Opinion in Insect Science (Q1), исследователи обсуждают, как хромосомные инверсии влияют на эволюцию одного из самых опасных насекомых на планете.

«Наше исследование сосредоточено на хромосомных инверсиях. Это форма перестройки, при которой участок хромосомы поворачивается на 180 градусов, – поясняет один из авторов статьи, ученый Биологического института ТГУ и Политехнического университета Вирджинии Игорь Шарахов. – Хромосомные инверсии могут придавать малярийным комарам новые свойства, которых у них ранее не было, например, устойчивость к засухе или избыточной влажности, к холоду или жаре, адаптацию к питанию кровью на новых хозяевах и реакцию на новые патогены. Благодаря высокой скорости хромосомных изменений малярийные комары смогли выжить даже в условиях массового вымирания флоры и фауны на Земле».

По сравнению с крупными животными, такими как динозавры или мамонты, малярийные комары способны эволюционировать гораздо быстрее, что делает их более гибкими в адаптации к меняющимся условиям окружающей среды на протяжении миллионов лет.

Динозавры и мамонты жили около 70–80 лет, достигая половой зрелости лишь к 14–15 годам. Комары становятся половозрелыми уже через 7–10 дней после выхода из яйца. Таким образом, за год комары могут проходить через несколько поколений, в отличие от более крупных животных. Генетические и хромосомные мутации возникают спонтанно в половых клетках, поэтому каждое новое поколение представляет собой возможность для появления новых мутаций, которые могут оказаться полезными в данных условиях и сохраниться в следующем поколении.

«В ранее опубликованных исследованиях, в которых я принимал участие, было показано, что каждая вторая буква ДНК (азотистое основание нуклеотида) в геномах популяций африканских малярийных комаров является полиморфной, то есть имеет мутантный вариант, – рассказывает Игорь Шарахов. – Для сравнения, в геноме человека такие генные мутации встречаются в 100 раз реже. Именно накопленные в процессе эволюции генные мутации позволяют комарам быстро адаптироваться к изменениям среды, а также развивать устойчивость к различным инсектицидам, используемым для контроля их численности».

Кстати, первые динозавры и комары появились на Земле примерно в одно и то же время – в триасовом периоде, между 240 и 220 миллионами лет назад. После массового триасово-юрского вымирания живых существ 201 миллионов лет назад динозавры стали значительно разнообразнее и продолжали оставаться доминирующими наземными позвоночными до их исчезновения 66 миллионов лет назад.

Малярийные комары (род Anopheles) возникли 179 миллионов лет назад. Примерно в это же время начало увеличиваться видовое разнообразие цветковых растений, нектаром которых питались как самцы, так и самки комаров до кровососания. Некоторые исследователи считают, что малярийные комары могли способствовать вымиранию динозавров.

«Дело в том, что малярия в то время была относительно новой болезнью, и иммунная система динозавров с трудом справлялась с паразитами Plasmodium, переносимыми комарами во время кровососания, – поясняет Игорь Шарахов. – Поэтому, когда численность комаров значительно возросла в тропических и субтропических условиях мелового периода с 145 до 66 миллионов лет назад, динозавры страдали от болезней гораздо больше, чем современные рептилии и млекопитающие, у которых иммунная система приобрела способность бороться с этой болезнью».

Таким образом, динозавры уже находились в состоянии упадка перед своим вымиранием, которое было непосредственно вызвано последствиями падения метеорита на Землю 66 миллионов лет назад. После последнего массового вымирания малярийные комары увеличили видовое разнообразие и расширили диапазон хозяев для питания кровью, добавив к выжившим амфибиям и рептилиям также млекопитающих и птиц. В настоящее время насчитывается почти 500 видов малярийных комаров рода Anopheles, из которых около 40 способны переносить возбудителей малярии у человека.

Существуют исследования, демонстрирующие, как различные виды комаров генетически адаптируются к тем или иным условиям. Например, ученый БИ ТГУ Владимир Стегний с соавторами изучали сдвиг частоты температурно-зависимых инверсий у малярийных комаров в ответ на изменение климата. Они обнаружили десятикратное снижение частоты инверсии «холодоустойчивости» 2R1 в двух сибирских популяциях евразийского вида An. messeae в период с 1975 по 2013 годы.

Другая интересная закономерность заключается в том, что даже у видов, находящихся на значительном расстоянии друг от друга и разошедшихся в эволюции довольно давно, в схожих условиях происходят одинаковые эволюционные процессы.

Одно из ключевых выводов исследований, представленных в обобщающей статье, заключается в том, что инверсионные полиморфизмы у насекомых существуют и функционируют в различных пространственных и временных масштабах: они могут быть эволюционно стабильными, если внешние условия остаются неизменными, или быстро возникать в ответ на резкие изменения окружающей среды. Кроме того, хромосомные инверсии влияют на эволюцию генома насекомых, приводя к различиям между вариантами генов, что в конечном итоге способствует адаптации видов к разнообразным условиям.