Изменение рациона помогло самцу манакина освоить ритуальный танец

Новости МирТесен

Исследователи из Соединенных Штатов Америки, Германии и Японии установили, что сложная система ухаживания и красочная окраска оперения тропических птиц – манакинов – возникла в результате адаптации к питанию фруктами. Чтобы справляться с ядовитыми плодами, предки этих птиц изменили структуру вкусовых рецепторов и снизили активность некоторых ферментов пищеварения, что позволило им получать больше энергии из пищи. Эта обилие калорий привело к изменению поведения самцов.

Специалисты в области эволюции уже давно высказывали предположения о взаимосвязи между доступностью продовольствия и ритуалами ухаживания. У манакинов, например, мужские особи не принимают участия в обустройстве гнезд или кормлении потомства; вместо этого они собираются на специальных площадках для демонстрации силы и привлекательности самок посредством акробатических трюков и яркого внешнего вида.

Ранее предполагалось, что высокое содержание сахаров и жиров во фруктах позволяет самкам самостоятельно воспитывать потомство, освобождая самцов для соперничества. Тем не менее, у науки отсутствовали конкретные генетические данные, подтверждающие, что изменение рациона питания предшествовало развитию сложных брачных церемоний.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Current Biology, провели секвенирование геномов пяти видов манакинов, демонстрирующих токование, и сравнили их с геномами близких родственников из отряда воробьиных. В ходе исследования ученые изучили генетические вариации в половых Z-хромосомах и аутосомах, используя метод RAD-seq, что позволило им определить гены, подвергшиеся процессу положительного естественного отбора.

В дальнейшем ученые-биологи реконструировали древние версии генов, кодирующих рецепторы вкуса (T1R1-T1R3) и пищеварительный фермент лактаза-флоризин гидролазу (LPH). Специалисты получили копии этих генов, поместили их в культуры клеток человека HEK293T и провели лабораторные испытания для оценки реакции полученных белков на сахара и растительные ядовитые вещества (гликозиды). В заключение авторы сопоставили данные о питании, окраске оперения и формах родительской заботы с филогенетическим деревом, чтобы воссоздать последовательность эволюционных изменений.

Анализ выявил необычное снижение генетического разнообразия половой Z-хромосомы у манакинов: соотношение Z/A варьировалось от 0,39 до 0,65 при ожидаемом значении в 0,75. Этот генетический признак подтверждает сильное влияние сексуального выбора на развитие вида. Поскольку только небольшое число самцов принимает участие в брачных танцах, большая часть их генов не передается потомству, что создает эффект «узкого горлышка» для хромосомы.

Экспериментальные исследования показали, что манакины независимо от других птиц приобрели способность определять сладкий вкус. Они модифицировали рецептор вкуса умами посредством внесения 22 небольших изменений в последовательность аминокислот. Одновременно с этим наблюдалось существенное снижение активности фермента LPH. У млекопитающих он необходим для расщепления лактозы, содержащейся в молоке, а у птиц – растительных гликозидов. Исследователи предположили, что ослабление функции этого фермента позволяет токсинам из незрелых плодов проходить через пищеварительный тракт без преобразования в активное вещество.

Модель макроэволюции продемонстрировала, что генетические трансформации вкусовой системы и процессов переработки пищи появились у предков всех современных видов манакинов до того момента, как самцы перестали проявлять заботу о потомстве. Яркое оперение и мощные мышцы, обеспечивающие быстрые движения во время брачных танцев, сформировались на самых поздних этапах эволюционного развития.

Эволюционная адаптация организма к новым условиям окружающей среды заложила основу для развития манакинов. Изменение обмена веществ позволило птицам потреблять богатые питательными веществами плоды, что привело к избытку энергии. Природа направила эту энергию на формирование одного из наиболее ярких и сложных в плане ритуалов ухаживания.