Многие насекомые видят мир через сотни крошечных линз, сгруппированных в органе зрения, известном как фасеточный (сложный) глаз. За каждой линзой находится скопление из 8 светочувствительных клеток, расположенных в соответствии с узором, который, по мнению ученых, существует уже сотни миллионов лет.

Бабочки — редкое исключение. Они оснащены 9 светочувствительными клетками, что дает им возможность визуально ориентироваться в гораздо более богатом цветовом мире по сравнению с такими насекомыми, как мухи, а также находить нектар и потенциальных партнеров для спаривания. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили генетическую модификацию, которая дала бабочкам это визуальное преимущество.

«Бабочки видят гораздо больше цветов, чем мухи, потому что в какой-то момент своей эволюции они обзавелись фоторецептором в каждой ячейке своего фасеточного глаза — это редкое исключение из правил строения глаза, которые сохранялись у насекомых на протяжении сотен миллионов лет», — сказал Перри, преподаватель кафедры клеточной биологии и биологии развития, передает «Научная Россия». «Мы нашли генетический переключатель, который это обеспечил».

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, Перри и его коллеги определили генетические этапы, связанные с появлением девятого фоторецептора у крапивниц — одного из самых распространенных видов бабочек в мире. В то время как у мух есть светочувствительные клетки, известные как фоторецепторы R1–R8, бабочки расширили свое цветовое зрение, добавив второй фоторецептор R7 в каждую единицу глаза, как выяснили исследователи. Чтобы проверить, достаточно ли этого генетического изменения, ученые воссоздали его у плодовой мушки, включив в клетках ген, который в норме выключен, и активировав его в тот короткий период, когда формируется глаз. Так появилась «муха-бабочка», у которой глаза растут по принципу бабочки, с 9 клетками на единицу глаза вместо 8.

Новый светочувствительный рецептор в глазу бесполезен, если мозг не может подключиться к новой информации, поступающей от него. Исследователи обнаружили, что мозг мухи-бабочки точно знал, как работать с новым фоторецептором, используя дополнительные «резервные» нейроны, и задействовал их.

«Когда мы дали запасным нейронам что-то, с чем они могли бы соединиться, они выжили и сразу же образовали правильные связи — без каких-либо дальнейших генетических изменений, — говорит Перри. — Другими словами, мозг был готов к этому еще до того, как об этом попросил глаз. Это редкий случай, когда эволюция задействует нейроны, которые в противном случае погибли бы».

Результаты исследования дают представление о том, как насекомые смогли приспособиться к новым условиям и эволюционно адаптироваться к возникающей потребности в их среде обитания: повышенной способности различать цветущие растения.

Команда также обнаружила бражника, который, судя по всему, находится на полпути к тому же переходу: нижняя половина его глаза похожа на глаз бабочки, где на единицу приходится 2 такие клетки, а верхняя половина — на глаз мухи, где на единицу приходится 1 такая клетка. Примерно такого результата можно было бы ожидать, если бы изменения начались в одной области глаза и распространились.

В настоящее время исследовательская группа изучает и другие вопросы, на которые пока нет ответа, например сложный для изучения вопрос о том, действительно ли муха-бабочка может видеть более яркие цвета благодаря дополнительному фоторецептору, как это делают бабочки.