Адаптация малярийных комаров к окружающей среде происходит с помощью хромосомных инверсий

Человечество на протяжении десятков лет пытается победить малярию, используя, в том числе, разнообразные методы борьбы с переносчиками опасного вируса — малярийными комарами. Однако борьба с насекомыми, особенно в тропиках, чрезвычайно осложняется способностью комаров адаптироваться к разным условиям внешней среды. Международная группа ученых проанализировала собранный за четверть века обширный материал исследований, в ходе которого было изучено свыше 35, 5 тысяч комаров, и пришла к выводу, что адаптироваться к различным условиям комарам помогают распространенные у них хромосомные инверсии, фиксирующие полезные мутации. Гипотезу подтверждает тот факт, что распространение инверсий связано с такими факторами как широта и уровень осадков.

Какие же специфические особенности, обеспечивают комарам подобную экологическую пластичность? Еще в 1970–1980-х годах итальянский ученый Марио Колуцци вместе с коллегами предположил, что основой адаптаций служат хромосомные инверсии, распространенные у африканских малярийных комаров. Данные инверсии могут ограничивать генетическую изменчивость, «фиксируя» полезные мутации. В пределах считавшегося тогда единым видом Anopheles gambiae (сейчас его считают комплексом из нескольких близких видов) было обнаружено несколько хромосомных форм, имеющих различные наборы инверсий. Каждая из этих форм приурочена к той или иной климатической зоне, например, к саванне или дождевому лесу (M. Coluzzi et al. 1985. Chromosomal inversion integradation and incipient speciation in Anopheles gambiae). То есть инверсии могут помогать комарам адаптироваться к разным условиям. Получить эти результаты исследователям сильно помогло наличие у малярийных комаров политенных хромосом, которые возникают в некоторых специализированных клетках в результате многократной репликации ДНК и конъюгации хроматид. В итоге образуется множество копий каждого гена — что может быть весьма полезным для некоторых специализированных клеток. У малярийных комаров политенные хромосомы имеются в клетках стенки яичника, снабжающих питательными веществами созревающие яйца.

Идея доктора Колуцци о роли хромосомных инверсий в повышении адаптивных возможностей малярийных комаров нуждалась в дополнительной проверке, ведь выдвинута она была в ходе исследований относительно небольшого материала. Этим и занялась международная группа ученых из Европы и Африки. Комаров для исследований отлавливали в течение 28 лет, с 1979 по 2007 годы, в деревнях 27 африканских стран. За все время удалось поймать и, главное, изучить хромосомы 35 618 особей четырех видов малярийных комаров: Anopheles gambiae, An. сoluzzii, An. аrabiensis, An. funestus.

В фокусе исследования были 23 самые распространенные хромосомные инверсии. Выяснилось, что большинство типов инверсий связано с широтой и уровнем осадков. То есть каждую инверсию можно найти в некоем спектре условий, а не где угодно. При этом у каждого вида комаров можно найти несколько типов хромосомных инверсий, а у разных видов часто могут быть одинаковые инверсии, что служит примером параллельной эволюции и позволяет им жить бок о бок.

Конкретный механизм повышенных адаптивных возможностей малярийных комаров пока не ясен. Однако проведенное исследование приблизило ученых к пониманию того, как малярийным комарам удается адаптироваться к самым разным условиям, выживать в них и даже благоденствовать. Похоже, легче создать противомалярийную вакцину, чем бороться с переносчиками — малярийными комарами. По крайней мере, в африканских тропиках. Там же, где видовое и (вероятно) хромосомное разнообразие малярийных комаров низкое, борьба с ними может быть достаточно эффективна.

Источник: Diego Ayala, Pelayo Acevedo, Marco Pombi, Ibrahima Dia, Daniela Boccolini, Carlo Costantini, Frederic Simard, Didier Fontenille. Chromosome inversions and ecological plasticity in the main African malaria mosquitoes // Evolution. 2017. V. 71. P. 686–701.

По материалам Научно-популярного проекта «Элементы большой науки».