Ученые решили эволюционную загадку: как кукушки делают свои яйца похожими на яйца других птиц

Ученые из Кембриджского университета заявили, что они, наконец, решили эволюционную загадку того, как кукушки делают свои яйца похожими на яйца других птиц, чтобы обманом заставить их растить своих детенышей. Этот, по их словам, «большой прорыв» они сделали, изучив образцы ДНК зябликов-кукушек в Замбии (Африка).

Во всем мире многие птицы избегают родительских издержек, откладывая яйца в гнезда других видов. Этот образ жизни, называемый «выводковым паразитизмом», имеет много преимуществ, но также создает проблемы, например, как убедить другие виды принять чужеродное яйцо. Многие выводковые паразиты достигают этого, имитируя цвета и узоры яиц своего хозяина, но некоторые используют заботу о нескольких разных видах хозяев, яйца которых выглядят по-разному.

Как же тогда один вид птиц, паразитирующих на выводке, может одновременно имитировать яйца нескольких разных видов птиц, чтобы обманом заставить их вырастить птенцов? И как эти паразиты-фальсификаторы передают эту способность своим детенышам, несмотря на скрещивание между птицами, выращенными разными хозяевами?

Эти вопросы волнуют ученых уже более века. Теперь генетические исследования, проводимые международной группой под руководством профессора Клэр Споттисвуд с факультета зоологии Кембриджского университета, совершили крупный прорыв.

Исследование, опубликованное сегодня в PNAS, было сосредоточено на генетике мимикрии яиц у кукушечного вьюрка, вида, который ведет выводковый паразитический образ жизни и использует многие виды камышевок по всей Африке. Исследование показывает, что самки зябликов-кукушек наследуют свою способность имитировать внешний вид яиц своих хозяев от своих матерей через W-хромосому, специфичную для самок (аналог Y-хромосомы, специфичной для самцов у людей).

Такое «материнское наследование» позволяет вьюркам-кукушкам избежать риска наследования неправильных генов мимикрии от отца, выращенного другим хозяином, и, таким образом, позволило разным линиям самок вьюрков-кукушек развить специализированную мимикрию яиц нескольких разных видов-хозяев. Такая мимикрия обманывает родителей-хозяев, заставляя принять яйцо паразита как свое собственное, а не выбрасывать его из гнезда, и поэтому имеет решающее значение для успеха этих африканских птиц.

Но исследователи считают, что эта давно установленная «генетическая архитектура» материнского наследования может вернуться, чтобы преследовать кукушковых зябликов. Ученые отмечают, что хотя материнская наследственность позволила зябликам-кукушкам эксплуатировать несколько видов-хозяев, это, вероятно, замедлит их способность к развитию контрадаптации по мере того, как их хозяева вырабатывают новые защитные механизмы. разнообразие цвета яиц и «признаков» рисунка, которые помогают хозяевам отличить свои яйца от имитаторов паразитов.

Полевые данные были собраны на исследовательском участке на юге Замбии. Зяблики-кукушки в этой области обманывают четыре разных вида камышевок, что приводит к разрушительному эффекту: если родители-хозяева не могут обнаружить и удалить яйцо-паразит в своем гнезде, молодой зяблик-кукушка обычно побеждает собственных детенышей хозяев, которые вскоре умирают от голода.

Команда собрала образцы ДНК 196 зябликов-кукушек из 141 гнезда, принадлежащих четырем видам камышевок, и изучила большинство из них, секвенировав тысячи коротких сегментов их геномов.

Камышевки стали своего рода опытными контролерами качества, отбраковывая яйца, которые отличаются от их собственных по цвету и рисунку, и все четыре вида развили способность наносить уникальные «подписи» на свои собственные яйца, чтобы улучшить их обнаружение. злоумышленников. Например, принии с рыжеватыми боками откладывают яйца с синим, белым, красным или оливково-зеленым фоном, покрытым различными узорами.

Вьюрки-кукушки отреагировали не только эволюционной мимикрией яиц нескольких видов своих хозяев, но также еще больше диверсифицировались, чтобы имитировать по крайней мере некоторые характерные вариации, наблюдаемые в яйцах разных самок каждого вида-хозяина. Команда установила, что обе способности передаются по наследству по материнской линии, окончательно подтвердив гипотезу, впервые предложенную в 1933 году орнитологами, размышлявшими о том, как обыкновенная кукушка в Европе могла аналогичным образом имитировать яйца нескольких разных видов-хозяев.

Исследователи считают, что зяблики-кукушки теперь сталкиваются с трудной борьбой, потому что они не могут рекомбинировать различные черты подделок, развившиеся в их отдельных семейных линиях. Например, две разные линии самок кукушонковых зябликов развили яйца с синим или красным фоном, как эволюционный ответ на сходное разнообразие их желтовато-коричневых хозяев prinia, но нет никаких доказательств того, что они могут создавать точную смесь необходимых пигментов для производства оливково-зеленых яиц, которые могут производить некоторые самки-хозяева.

В предыдущем исследовании профессор Споттисвуд обнаружил, что растущая доля яиц, откладываемых коричнево-коричневыми хозяевами принии, имеет оливково-зеленый цвет, что позволяет предположить, что это является частью ускоряющегося эволюционного сопротивления. Как и ожидалось, команда обнаружила, что эти птицы-хозяева передают свои способности «яичной подписи» против мошенничества через генетический процесс, отличный от того, который используется кукушечными зябликами (наследование от двух родителей).

Споттисвуд сказал: «Вьюрки-кукушки упускают мощный источник эволюционной новизны, и это может дорого обойтись в этой продолжающейся гонке вооружений. То, как они наследуют свою способность имитировать яйца-хозяева, имеет обратную сторону, вероятно, усиливая защиту травяных камышевок и ограничивает способность паразита реагировать.

«Мы можем увидеть появление не поддающихся подделке сигнатур яиц, которые заставят кукушковых зябликов переключиться на другие наивные виды хозяев. Или птицы-паразиты могут стать все более зависимыми от молодых особей-хозяев, которые еще не изучили свои собственные сигнатуры и плохо распознают несоответствие яйца», - пояснили ученые.

В исследовании утверждается, что «отбор защитных механизмов хозяина побудил кукушковых зябликов передать контроль над внешним видом яиц наследуемой по материнской линии части генома» по крайней мере 2 миллиона лет назад.