Хромосомні мутації допомогли комарам пережити динозаврів.

У оглядовій статті, опублікованій у журналі Current Opinion in Insect Science (Q1), вчені розповідають, як хромосомні інверсії впливають на еволюцію одного з найнебезпечніших комах на Землі.

«Темою нашого дослідження є хромосомні інверсії. Це вид переструктурування, при якому відбувається поворот ділянки хромосоми на 180 градусів, – пояснює один з авторів статті, учений Біологічного інституту ТГУ та Політехнічного університету Вірджинії Ігор Шарахов. – Хромосомні інверсії можуть надавати малярійним комарам ті властивості, яких ці комахи не мали раніше, наприклад, стійкість до посухи або надмірної вологості, до холоду чи спеки, адаптацію до харчування кров'ю на нових господарях, адаптацію до нових патогенів тощо. Завдяки високій швидкості хромосомних змін, малярійні комари успішно вижили навіть в умовах масового вимирання флори та фауни на планеті».

На відміну від великих тварин, таких як динозаври чи мамонти, малярійні комари здатні еволюціонувати значно швидше, а отже, вони більш пластичні в адаптації до змінюваних умов зовнішнього середовища протягом мільйонів років.

Динозаври та мамонти жили приблизно по 70–80 років, а статевої зрілості досягали лише в 14–15 років. Комари стають статевозрілими вже через 7–10 днів після розвитку з яйця. Відповідно, за рік комари можуть проходити через кілька поколінь, на відміну від більших тварин. Генетичні та хромосомні мутації виникають у статевих клітинах спонтанно, тому кожне нове покоління – це можливість для нових мутацій, які можуть виявитися корисними в таких умовах і зберегтися в наступному поколінні.

«У раніше опублікованих дослідженнях, в яких мені пощастило брати участь, було показано, що кожна друга буква ДНК (азотисте підстави нуклеотиду) в геномах популяцій африканських малярійних комарів є поліморфною, тобто має мутантний варіант, – розповідає Ігор Шарахов. – Для порівняння, у геномі людини такі генетичні мутації зустрічаються в 100 разів рідше. Саме накопичені в ході еволюції генні мутації дозволяють комарам швидко адаптуватися до змін середовища, а також виробляти стійкість до різноманітних інсектицидів, які використовуються для контролю їхньої чисельності».

До речі, перші динозаври та комари з'явилися на Землі приблизно в один час – у тріасовому періоді, між 240 і 220 мільйонами років тому. Після масового тріасово-юрського вимирання живих істот 201 мільйон років тому динозаври стали значно різноманітнішими і продовжували бути домінуючими наземними хребетними до їхнього вимирання 66 мільйонів років тому.

Малярійні комари (рід Anopheles) виникли 179 мільйонів років тому. Приблизно в цей же час почало зростати видове різноманіття квіткових рослин, нектаром яких живилися комарині самці та самки до кровососання. Деякі вчені вважають, що малярійні комари сприяли вимиранню динозаврів.

«Справа в тому, що малярія в той час була відносно новою хворобою, і імунна система динозаврів погано справлялася з паразитами Plasmodium, які переносилися комарами під час кровососання, – пояснює Ігор Шарахов. – Тому, коли чисельність комарів значно зросла в тропічних і субтропічних умовах крейдяного періоду з 145 до 66 мільйонів років тому, динозаври багато і тяжко хворіли, на відміну від сучасних рептилій і ссавців, імунна система яких набула здатності боротися з хворобою».

Таким чином, динозаври вже перебували в стані занепаду перед своїм вимиранням, безпосередньо викликаним наслідками падіння метеорита на Землю 66 мільйонів років тому. Після останнього масового вимирання малярійні комари збільшили видове різноманіття та розширили діапазон господарів для харчування кров'ю, додавши до вижилих амфібій і рептилій також ссавців і птахів. В даний час налічується майже 500 видів малярійних комарів роду Anopheles, з яких близько 40 здатні переносити збудників малярії у людини.

Існують дослідження, які показують, як різні види комарів генетично адаптуються до тих чи інших умов. Так, учений БІ ТГУ Володимир Стегній з соавторами вивчав зсув частоти температурно-залежних інверсій у малярійних комарів у відповідь на зміну клімату. Вони виявили десятикратне зниження частоти інверсії «холодостійкості» 2R1 у двох сибірських популяціях євразійського виду An. messeae в період з 1975 по 2013 роки.

Інша цікава закономірність полягає в тому, що навіть у далеких один від одного видах, які в еволюції розійшлися досить давно, в схожих умовах відбуваються однакові еволюційні процеси.

Одне з найважливіших висновків досліджень, викладених у узагальнюючій статті, – інверсійні поліморфізми у комах існують і функціонують у різних просторових і часових масштабах: вони можуть бути еволюційно стабільними, якщо зовнішні умови мало змінюються, або швидко виникати у відповідь на різке зміну навколишнього середовища. Крім того, хромосомні інверсії впливають на еволюцію геному комах, призводячи до відмінностей між варіантами генів, що в кінцевому рахунку сприяє адаптації видів до різноманітних умов.