как различить пол бабочки
Как определить пол бабочки?
Впервые сталкиваясь с вопросом как определить пол бабочки, невозможно себе представить, насколько это сложная процедура.
Для того чтобы определить пол бабочки, необходимо, прежде всего, знать следуещее. Знать, что у определенных видов бабочек самцы и самки отличаются друг от друга визуально. У других видов бабочек самочка отличается только большим размером веретеновидного брюшка. Данное различие предопределено тем, что самочкам необходимо вынашивать потомство.
Некоторые разновидности бабочек имеют визуальные отличия самцов и самок. Самцы могут быть обладателями крылышек более яркого окраса и отличаться от самочек более крупными размерами. Иногда у бабочек самка может отличаться от самцов очень своеобразной формой тела. Так, некоторые самочки имеют форму червя, у них вообще отсутствуют крылышки, такие бабочки напоминают личинок.
Самцы же имеют крылья и по внешнему виду вполне соответствуют общим представлением о «нормальной» бабочке. Задаваясь вопросом как определить пол бабочки, рано или поздно станет известен тот факт, что есть мнение некоторых ученых, что у бабочек самцы являют собой более древнюю, нежели самочки, форму.
И не самцы приобрели в процессе эволюции новые видовые признаки, а наоборот, самки утратили некоторые некогда общие с самцами признаки. К примеру, практически большинство отличительных признаков самочек, в принципе, сводится к потере тех или иных, присущих особям противоположного пола признакам: отсутствие усиков, крылышек, утрате определенного количества чешуек на крыльях, которые отвечают за окраску.
Объясняют это тем, что самочки затрачивают значительное количество своего биоматериала на развитие потомства, в связи с чем значительная нехватка питательного материала приводит к недоразвитию и последующему атрофированию некоторых органов. Определяя пол бабочки, следует обратить особое внимание, что значительная разница во внешнем виде самок и самцов в рамках одного вида может быть обусловлена географической или сезонной зависимостью.
Также самочки некоторых видов бабочек имеют дополнительный защитный цветовой окрас. Также следует учитывать, что установить пол бабочек определенных видов, которым присуще такое явление как половой диморфизм (внешнее отличие особей противоположного пола между собой), представляется возможным, только подвергая особь воздействию ультрафиолетового излучения, без воздействия которого на крылья особи, крылышки самки и самца практически не будут иметь различий.
Занимаясь определением пола бабочек, иногда можно столкнуться с редчайшим фактом существования гинандроморфных особей. Они представляют собой бабочку, у которой одна половина тела женская, а другая мужская. Столь же редки случаи, когда отличительные признаки особи противоположного пола могут проявляться лишь частично, на определенных участках крылышек.
Открыт новый метод определения пола бабочек
Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено действие большинство препаратов. Однако по пути возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.
Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью полимеразной цепной реакции смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчёте на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.
Как сообщает «Наука в Сибири», определение пола насекомых может помочь регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Предотвратить это мог бы препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок.
Научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН Ирина Белоусова подчёркивает, что метод является универсальным. «Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому её гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает соавтор исследования.
Учёные провели два эксперимента, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в Институте цитологии и генетики СО РАН с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых, затем в Институте систематики и экологии животных СО РАН метод протестировали in vitro на трёх видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.
Кроме того, лаборатория экологической физиологии института на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять её пол. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по одной инфекции в будущем могут быть ценными для вирусологии в целом.
Универсальный метод определения пола у будущих бабочек разработали в Новосибирске
«Для чего нужно определять пол насекомых? Например, чтобы регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Поэтому хорошо бы иметь препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок. У всех животных особи женского и мужского отличаются физиологически, насекомые — не исключение, поэтому такое избирательное воздействие возможно», — объясняет соавтор исследования научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Ирина Анатольевна Белоусова.
Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено большинство разрабатываемых препаратов. Но тут возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.
Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью ПЦР смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчете на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.
«Метод ПЦР сейчас используют во всех лабораториях, анализ делается просто и быстро. Кроме того, наш способ универсальный, — говорит Ирина Белоусова. — Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому ее гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает Ирина Белоусова.
Ученые провели два исследования, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых (информация была взята из базы данных Национального центра биотехнологической информации США). Затем в ИСиЭЖ СО РАН метод протестировали in vitro на трех видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.
Простой и универсальный метод определения пола у личинок чешуекрылых нужен был ученым не сам по себе, а для решения более масштабных задач. Лаборатория экологической физиологии ИСиЭЖ СО РАН, в которой работает Ирина Белоусова, на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять ее пол.
«У непарного шелкопряда в популяции есть латентный вирус. Он интересует нас, во-первых, в связи с всё той же разработкой новых методов борьбы с вредителями. Препарат, который мог бы вызывать болезнь, будет экологически безопасным: вирус поражает только этот вид насекомых, и снижает численность вредителя только до фонового значения, полностью не уничтожая, — рассказывает Ирина Белоусова. — Во-вторых, мы хотим понять механизмы вертикальной передачи. Латентных форм вирусных инфекций в мире вообще не так много, у человека к ним относятся такие опасные заболевания, как герпес и ВИЧ. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по инфекции, которую мы изучаем, в будущем могут быть ценными для вирусологии вообще»Источник
Половые трудности бабочек и видообразование
У некоторых видов бабочек наблюдается процесс, который можно назвать «войной полов» — у самцов развиваются приспособления, обеспечивающие их отцовство, у самок же отбор идёт в сторону возможности связываться с несколькими самцами.
Одна из «мужских» стратегий — запечатать половой орган самки после акта оплодотворения восковой пробкой. У самок же на это появляются всё более крупные и сложные органы, которые всё труднее запечатывать. Половые органы самцов тоже усложняются, и «брачная пробка» получает крыловидные выступы, скользкие чешуйки и заострённые крючки.
Идёт битва репродуктивных интересов полов, и на каждую адаптацию развивается противодействующая ей стратегия противоположного пола. Может ли этот процесс приводить к появлению новых видов? Предполагалось, что это один из важнейших механизмов видообразования, но гипотеза нуждалась в проверке.
Докторантка лаборатории Кавахара (Kawahara Lab) Флоридского музея естественной истории (Florida Museum of Natural History) Ана Паула Дос Сантос де Карвальо (Ana Paula dos Santos de Carvalho) провела исследование коллекций бабочек с целью проследить эволюцию «брачных пробок» щетиноногих бабочек и связать их развитие с появлением новых видов. Оказалось, что в трибе Acraeini (около 300 видов) в линиях с «пробками» и линиях без таковых видообразование происходило с одинаковой скоростью.
Гипотеза о том, что конкуренция репродуктивных стратегий двигает эволюцию, не нашла подтверждения.
«Я ожидала увидеть связь между пробками и новыми видами, появляющимися быстрее, но моя работа показала, что никакой связи вообще нет, — говорит Карвальо. — Другие исследования предполагали связь между конфликтом полов и разнообразием, поэтому эти результаты были неожиданностью».
«Брачные пробки» (или по-научному ) находят у примерно у 1% видов бабочек. Они могут быть совсем небольшими, но в некоторых случаях представляют собой довольно сложное сооружение. Но все они служат одной цели: репродуктивному успеху отдельного самца. У бабочек большая часть яйцеклеток оплодотворяется спермой последнего партнёра и самцам выгодно блокировать соперников. Самки (и вид в целом) выигрывают от спаривания с несколькими самцами. Другой партнёр может обеспечить более качественный генетический материал, а многократное спаривание увеличивает генетическое разнообразие потомства.
Сфрагисы различных видов бабочек (не только щетиноногих).
Самцы у видов, производящих пробки, потеряли потребность в ухаживающем поведении, которое часто предшествует спариванию у других бабочек. Самцы просто ловят самок в воздухе и тащат на землю. После вливания спермы самцы выделяют предварительно сформованный сфрагис, который застывает на брюшке самки. У стратегии есть очевидные минусы — на формирование пробки тратятся ресурсы и время, самец не может оплодотворить большое количество самок.
Могут ли самки избавиться от мешающей пробки? Вопрос не получил однозначного ответа. Наблюдения, по словам Карвальо, свидетельствуют о том, что сфрагисы сложной архитектуры чаще простых остаются неповреждёнными. Это может показаться победой стратегии самцов, но эволюционное древо щетиноногих бабочек показывает, что и противоположная стратегия сильна — некоторые виды потеряли сфрагис в ходе развития.