A bogarak rendje (Coleoptera) az egyik legnagyobb az élővilágban és a bennük fellelhető fantasztikus diverzitás eredete már évtizedek óta lenyűgözi a kutatókat.
Az Onthophagus nemzettséghez tartozó ganajtúrók nem triviális sztárjai az evo-devo tudományának és tény, hogy nem laborok tömegei foglalkoznak ezzel a modellélőlénnyel. Ugyanakkor Armin Moczek csoportja évtizedek óta fontos és érdekes kérdéseket feszeget, leginkább annak a kontextusában, hogy az egyes fajok torát díszítő, szarvszerű képződmények miként alakulnak ki és milyen szelekciós mechanizmusok magyarázhatják, hogy megjelentek és fennmaradtak az evolúció során.
Ezek a szarvak a szexuális evolúció szép példái és kialakításukért a hímek, minden jel szerint komoly árat fizetnek, ugyanis korábbi munkák kimutatták, hogy nemcsak a szarvak és a szomszédos szervek (szemek, csápok) mérete közt áll fenn fordított arányosság, de a nagyszarvú egyedekben a herék és párzószervek is kisebbek. (Érdekesség, hogy ahol kevésbé gyilkos verseny van a párokért és ezért a szexuális szelekció is csökken, a szarvak kisebbek, a herék pedig nagyobbak lesznek.)
Közel másfél évtizeddel ezelőtti kísérleti eredmények azt vetették fel, hogy nagyon hasonló gének játszanak szerepet a szarvak fejlődésében, mint a végtagokéban, de a kor technológiája azt tette lehetővé, hogy ismert gének expresszióját tesztelték és a hasonlóságokat dokumentálták.
Ma azonban már lehetőségünk van egyrészt a fejlődő szerveket megszekvenálva teljesen feltérképezni, hogy milyen gének fejeződnek ki, másrészt a különböző géncsendesítési technológiák “utolérték” az Onthophagus-okat is és ezért meg tudjuk nézni, hogy az egyes géneknek milyen szerepe lehet a fejlődésben. (A mai példában konkrétan RNS-csendesítést – RNAi – használtak.)
A kutatás során előbb O. sagittarius embriókban csendesítették azokat a géneket (pl. vestigial – vg, disheveled – dsh, vagy abdominal – ab) amelyeknek szerepe van az ízeltlábúak szárnyfejlődésében (ezekről leginkább az ecetmuslicás kísérletekből tudunk). Ezeknek a kísérleteknek egyrészt az volt az eredménye, hogy a kialakuló állatoknak redukált szárnya volt, másrészt – és nyilván ez az érdekesebb, az első torszelvényen levő szarvaik is eltűntek, mintegy alátámasztva, hogy valóban, ugyanaz a fejlődési program kell hozzájuk, mint a szárnyak kialakulásához.
Ez persze önmagában is nagyon érdekes, de felvet egy másik kérdést: hogy akkor miért nem alakulnak ki szárnyaj az első torszelvényen, ha már egyszer ott is aktív ez a fejlődési program?
Erre a választ (szakmabeliek számára talán kicsit kiszámíthatóan is), a Hox-génekben találjuk meg. Ezek a gének egyébként is arról híresek, hogy a test egyes részeinek (szelvényeinek) az identitását határozzák meg, és például abban is fontos szerepük van, hogy bogarak esetében miért alakul ki a második torszelvényen a fedőszárny, a harmadikon pedig a hártyás szárny (szárny mind a kettő, de azért látjuk, mégsem ugyanolyan). Az ízeltlábú Hox-gének csoportjának egyike, a sex-combs reduced (Scr) már más állatok, például lisztbogarak esetében is tudott volt, hogy az első torszelvény szárny-mentességét ez biztosítja. A mostani kutatás is ezt a vonalat viszi tovább, hiszen egy másik Onthophagus faj, az O. binodis egyedeit felhasználva látszott, hogy az Scr hiányában szárnyak jelennek meg a szarvak helyett.
Az első torszelvény kooptálása fura képződményekhez a szexuális szelekció által ugyanakkor nem ganajtúró-specialitás. A púposkabócák példáján már korábban is láttuk, hogy az első torszervénnyel hogyan tudott kísérletezni az evolúció, hiszen ezeknek a fajoknak a jellegzetes sisakjai ugyancsak szárny-eredetűek és a Hox-gének összjátékának köszönhetően jelentek meg.
Mindez egy egyre olyan evolúciós “pályát” valószínűsít, ahol az evolúciós-kényszerek az első torszelvényen kikapcsolták a szárnyképzés programját, de a látensen továbbra is jelen levő szárnyképző potenciál, megfelelő szabályozás megjelenésével, felhasználható különböző kitinképletek kialakítására és ezzel a lehetőséggel az ízeltlábúak számos csoportja élni tudott, egymástól függetlenül, az évmilliók alatt.
(A fedőkép a Flickr-ről származik.)
Hu Y, Linz DM, Moczek AP. (2019) Beetle horns evolved from wing serial homologs. Science 366(6468): 1004-1007. doi: 10.1126/science.aaw2980.