Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Рис. 8.5. Крыло бабочки, поврежденное хищником. На эту бабочку Bicyclus anynana было совершено нападение, но поскольку удар был нанесен в край крыла, она по-прежнему может летать и размножаться. Фотография, сделанная в Кении, предоставлена Полом Брейкфилдом, Университет Лейдена.

Важная защитная функция пятен-глазков, а также их невероятное разнообразие заставили нас заняться изучением возникновения и эволюции этого элемента узора.

8a Чешуйки на крыльях бабочки при большом увеличении. Каждая чешуйка образуется из одной клетки.

8b При большом увеличении видно, что пятно-глазок на крыле бабочки образовано рядами чешуек. Обратите внимание, что каждая чешуйка может быть только одного цвета.. но на участках с той или иной окраской встречаются единичные чешуйки другого цвета.

Пятна-глазки: обучение старых генов новым приемам

Узор на крыльях бабочки начинает формироваться еще на стадии гусеницы. Каждое крыло создается из группы клеток, имеющей форму плоского диска, которая разрастается с невероятной скоростью на протяжении нескольких стадий развития личинки (личинки большинства бабочек проходят пять стадий развития). Затем гусеница превращается в куколку, и именно на стадии куколки, уже перед самым появлением бабочки, крыло приобретает окончательный цветной узор. Невооруженным глазом этого увидеть нельзя, но некоторые элементы узора начинают формироваться в теле гусеницы, когда крыло еще представляет собой крошечный клеточный диск, размером лишь с малую часть крыла взрослой бабочки. Это происходит примерно за неделю до появления взрослой бабочки из куколки. Во второй главе я описал один из наиболее наглядных экспериментов, позволивших изучить ранние события в развитии крыла бабочки. Это эксперимент Фреда Нийхута по трансплантации центральной части глазка. Эксперимент показал, что положение будущего глазка определено уже на стадии гусеницы. Формирование концентрического рисунка глазка индуцируется регионом-организатором, так называемым фокусом, расположенным в центре будущего глазка.

Поскольку эксперименты Нийхута по трансплантации позволили обнаружить в развивающемся крыле бабочки новый регион-организатор, сотрудники моей лаборатории решили попытаться идентифицировать гены, участвующие в формировании глазка. Основные вопросы были такие: какая генетическая система создает каждый конкретный узор? Как эволюционировала эта система? С помощью каких генов развития фиксируются описанные Бейтсом эволюционные изменения? Изобрели ли бабочки новые гены для создания глазков или использовали те, что были уже доступны?

Некоторые интуитивные предчувствия у нас были. В нескольких лабораториях, в том числе и в нашей, уже были идентифицированы некоторые белковые продукты генов развития, участвующие в формировании крыльев дрозофилы. Мы полагались на эволюционные связи между разными насекомыми. Поскольку крылья у насекомых возникли в ходе эволюции всего один раз, в принципе, основные закономерности формирования крыльев дрозофилы должны были быть справедливы и для бабочек. Мы надеялись, что при некотором везении изучение "копий" генов развития дрозофилы, имеющихся у бабочек, позволит нам разобраться в уникальных особенностях крыльев бабочек.

И нам повезло.

Сотрудники моей лаборатории обнаружили у бабочки юнонии несколько генов развития, гомологи которых, как уже было известно, участвуют в формировании и разметке крыльев дрозофилы. Наличие этих генов у бабочки не было для нас сюрпризом, но и не доказывало их участие в формировании узора на крыльях. Вопрос заключался в том, сможем ли мы определить функцию этих генов в процессе формирования узора. Нам нужно было установить, в каком участке микроскопических зачатков крыльев у гусеницы экспрессируются эти гены, когда, по данным трансплантационных экспериментов, разметка крыльев уже произведена. Мы хотели увидеть с помощью микроскопа, как возникает прекрасный узор, который позднее появится на крыльях взрослой бабочки.