Ученые выяснили, как комар, переносящий желтую лихорадку, завоевал мир

Фото из открытых источников

Желтолихорадочный комар (Aedes aegypti) — одно из самых опасных насекомых в мире. Помимо жёлтой лихорадки, он может переносить более 50 других вирусных заболеваний, включая лихорадку денге, чикунгунью и Зика. Этот вид уже распространён в тропических и субтропических регионах по всему миру, а изменение климата способствует его распространению в регионах с умеренным климатом, в результате чего почти 4 миллиарда человек подвергаются риску этих потенциально смертельных заболеваний.

Глобальное геномное исследование пролило свет на эволюцию комаров по мере их миграции из Африки по всему миру. Новые данные свидетельствуют о том, что после того, как комары достигли Америки, они претерпели важные изменения, которые позволили им лучше адаптироваться к жизни с человеком и, в конечном итоге, процветать. Также показано, что некоторые из этих комаров вернулись в Африку в последние десятилетия, скрещиваясь с местными популяциями и распространяя некоторые из своих наиболее опасных признаков.

Ae. aegypti произрастает в Африке, где обитает преимущественно в лесах и непривередлив в еде, питаясь рептилиями, птицами и различными млекопитающими. Но за пределами Африки, где он является инвазивным, он, как правило, обитает в городских районах, размножаясь в вёдрах, выброшенных шинах и во всём, что может удерживать немного воды, и питается почти исключительно людьми, что делает его особенно эффективным переносчиком болезней. Разительная разница в поведении побудила учёных выделить два подвида: Ae. aegypti formosa для лесных насекомых и Ae. aegypti aegypti для насекомых, приспособленных к жизни с людьми и питанию ими. Между группами есть некоторые генетические различия, но они всё ещё могут скрещиваться.

Более ранние генетические исследования показали, что Ae. aegypti aegypti, вероятно, перенял вкус к человеческой крови и городской жизни примерно в то же время, когда образовалась пустыня Сахара, примерно 5000 лет назад. Более засушливые условия, возможно, способствовали отбору насекомых, способных размножаться в емкостях для хранения воды, используемых людьми. Эти комары в конечном итоге проникли на корабли, особенно те, которые перевозили рабов из Африки в Америку, что ознаменовало начало их распространения по всему миру. Но было неясно, были ли ранние адаптации вида к человеческой среде достаточными, чтобы позволить им процветать в Новом Свете, или же инвазивные черты продолжали проявляться после того, как они пересекли океан.

Чтобы ответить на эти вопросы, более двух десятков специалистов по Ae. aegypti из девяти стран собрали 1206 комаров в 73 местах в Северной Америке, Южной Америке, Африке, Азии и Австралии и секвенировали их геномы.

Полные данные генома позволили исследователям составить генеалогическое древо различных популяций этого вида, которое они опубликовали в журнале Science. По словам Дэниела Нифси, изучающего геномику комаров и малярии в Гарвардском университете и не принимавшего участия в исследовании, в результате была получена «поразительно подробная реконструкция» миграции и распространения популяций этого вида по всему миру.

Данные свидетельствуют о том, что ключевые этапы эволюции комара произошли после того, как он достиг Нового Света. Основная подсказка исходит от популяции комаров в Аргентине, которая удивительно близка к популяциям в Сенегале и Анголе, говорит соавтор статьи Ноа Роуз, биолог-эволюционист из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Сходство предполагает, что популяция в Аргентине является остатком «прото» популяции, которая изначально колонизировала Америку и была очень близка к западноафриканской популяции в то время. Это говорит о том, что не только пересечение Атлантики стало причиной отбора черт, которые сделали Ae. aegypti таким успешным захватчиком, говорит Роуз. На самом деле, ключевыми были экологические проблемы, с которыми комары столкнулись в Новом Свете.

Завезённый Ae. aegypti, вероятно, не смог бы конкурировать с местными комарами в американских лесах, поэтому люди и их поселения «были, вероятно, единственной доступной ему нишей в Новом Свете», — говорит Джеффри Пауэлл, биолог-эволюционист из Йельского университета и ещё один соавтор статьи. «А затем он полностью одомашнился», то есть стал зависимым от человека. Глобальная торговля и появление густонаселённых мегаполисов предоставили этому виду беспрецедентные новые возможности для распространения.

«Если посмотреть на среду обитания, к которой они в конечном итоге приспособились, жизнь в куче шин или пластиковом ведре во дворе дома радикально отличается от жизни в дупле дерева в лесу», — говорит Роуз. «Теперь есть комар, который почти идентичен [своим африканским предкам], но он живёт в ведре и кусает первого попавшегося человека. Это очень небольшое количество генетических изменений, которые приводят к кардинальному изменению поведения».

Геномы также показывают, что некоторые из наиболее опасных черт комаров, включая устойчивость к инсектицидам, недавно распространились из Америки обратно в Африку, что, вероятно, способствует распространению комаров по африканским городским районам, что, в свою очередь, может способствовать возникновению лихорадки денге и других заболеваний, передающихся комарами Aedes, по всему континенту.

Пауэлл отмечает, что некоторые популяции Ae. aegypti aegypti более эффективно распространяют определённые вирусы, чем другие, и более подробные геномные данные могут дать представление о генах, отвечающих за эти признаки. Это также поможет учёным отслеживать дальнейшее распространение комара. Ae. aegypti «продолжает распространяться, он не останавливается», — говорит он. «Если он внезапно появится в Нидерландах, мы сможем провести его генотипирование, и всемирная база данных даст очень хорошее представление о его происхождении».

Работа с таким количеством ученых дала Роузу новое понимание коллективного опыта и преданности делу мирового сообщества исследователей Ae. aegypti. Он говорит: «Каждая из этих точек данных представляет собой кого-то, кто потратил годы на выяснение того, как комар управляет своим жизненным циклом в этом конкретном месте».