Крылья насекомых могли развиться из ножек

Самец поденки Cloeon dipterum с дополнительной парой глаз на затылке / ©Isabel Almudi

Генетический анализ поденок на разных стадиях развития показал, что гены, ответственные за рост жабр у личинок, участвуют в росте крыльев у взрослых насекомых — и эволюционно те и другие образовались из конечностей.

Крылатые поденки редко попадаются на глаза современным городским жителям. Большая часть их существования проходит в стадии личинки, которая несколько лет ведет сугубо водный образ жизни и показывается нам на глаза, лишь превратившись во взрослую имаго, которая живет только две-три недели. Но за это время поденки спариваются в ходе грандиозных брачных полетов, когда их густые рои начинают бросаться в глаза как в переносном, так и в буквальном смысле.

Типичные представители отряда — широко распространенные двукрылые поденки клоены (Cloeon dipterum), самцы которых выделяются дополнительной парой «тюрбановидных» глаз на затылке. Предполагается, что они облегчают распознавание самок в рое спаривающихся насекомых. Однако личинки поденок обоих полов выглядят одинаково и напоминают скорее миниатюрных креветок, нежели свою же взрослую изящную форму. Наряду с родственными стрекозами поденки считаются одними из первых насекомых, освоивших полет.

Чтобы лучше разобраться в том, как происходит превращение личинок Cloeon dipterum в крылатых имаго, Изабель Альмуди (Isabel Almudi) из Андалузского центра биологии развития и ее коллеги выращивали насекомых в лаборатории. Ученые не только секвенировали их геном, но и проследили за активностью различных генов в тканях поденок, проходящих через различные стадии развития. О неожиданных результатах этой работы они рассказывают в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Так, обнаружилось, что зрение самцов намного сложнее, чем у самок: в их глазах производятся два дополнительных пигмента-опсина, чувствительных к дальней синей и ультрафиолетовой частям спектра. Но главный сюрприз преподнесли ткани жабр, несколько пар которых вырастают на брюшке личинки. Во-первых, как оказалось, в них экспрессируются гены, у других животных связанные с восприятием запаха и вкуса, — так что жабры, по-видимому, могут служить клоенам еще органом обоняния.

Во-вторых, некоторые гены, вовлеченные в развитие жабр у личинок, у взрослых поденок участвуют в росте крыльев. До сих пор происхождение крыльев насекомых остается невыясненным. Существуют гипотезы, связывающие их как с тканями стенки тела, так и с ножками. Однако известно, что жабры эволюционно развились из конечностей, так что новые данные, связавшие крылья с жабрами, говорят в пользу второй версии. Похоже, крылья насекомых прежде были ножками.