Meer dan 160.000 soorten motten op de planeet staan vooral bekend om hun nachtelijke vluchten en krachtige bestuivers. Nu openen sommige motten een evolutionair venster op de manier waarop één soort zich kan opsplitsen in afzonderlijke soorten met verschillende eigenschappen. de zogenaamde disco Er zou een gen achter het grote verschil in de vluchtpatronen van de twee kleurrijke vlinders kunnen zitten. De bevindingen worden beschreven in een studie die op 27 augustus in het tijdschrift is gepubliceerd Proceedings van de Royal Society B: Biologische Wetenschappen en details hoe dit gen kan helpen bij het reguleren van dagelijkse of nachtelijke vluchten.
Wanneer soorten uiteenlopen
In de natuur kan één soort uiteenlopen en uiteindelijk twee of meer soorten worden. Dit proces, soortvorming genoemd, vindt plaats wanneer individuen uit één populatie geografisch geïsoleerd raken. De door Charles Darwin bestudeerde Galapagosvinken behoren tot de beroemdste voorbeelden van soortvorming. Ongeveer 13 soorten vinken weken af van één enkele voorouder toen hun populaties zich over verschillende eilanden verspreidden en afzonderlijk evolueerden. Als populaties van organismen lang genoeg gescheiden blijven, zullen ze uiteindelijk het vermogen om zich te kruisen verliezen.
Bij sommige motten wordt hun genetica beïnvloed door het tijdstip van de dag waarop ze het meest actief zijn, in plaats van door een fysieke barrière zoals een oceaan of bergketen. In deze nieuwe studie concentreerde het team zich op twee nauw verwante mottensoorten die elkaar overlappen in het zuidoosten van de Verenigde Staten.
[Related: Moths fight against echolocating bats with sounds of their own.]
Roze esdoornmotten behoren tot het geslacht Drogecampa. Ze hebben dikke, donzige manen boven hun hoofd en buik, met snoepkleurige roze en gele schubben. Mannelijke en vrouwelijke roze motten vliegen alleen ‘s nachts.
Rozegestreepte motten zijn iets minder opvallend en behoren tot het geslacht Anijs. Ze hebben meer aardetinten van mosterdgeel, donkerbruin en grijs. Vrouwelijke roze gestreepte motten zijn actief in de schemering en vroege avond, terwijl mannetjes overdag het liefst vliegen.
“Deze twee [species] lijken erg op elkaar”, zei co-auteur en Florida Museum of Natural History entomoloog Yash Sondhi in een verklaring. “Ze differentieerden langs deze ene as, en dat is wanneer ze vliegen.”
Eerdere studies hebben aangetoond dat beide Drogecampa En Anijs ongeveer 3,8 miljoen jaar geleden uit één enkele soort geëvolueerd. Naar evolutionaire maatstaven is dit vrij recent en er zijn nog steeds enkele belangrijke verschillen en overeenkomsten tussen beide. Verschillende soorten in het geslacht Anijs Ze zijn allemaal overdag actief, in tegenstelling tot moderne vrouwelijke roze gestreepte motten die de voorkeur geven aan vliegen in de schemering en ‘s nachts. Nachtesdoornmotten zijn ook de enige bekende soort in het geslacht Drogecampa.
Oorspronkelijk geloofde Sondhi dat beide soorten motten een goede gelegenheid zouden zijn om te onderzoeken hoe het zicht van insecten zich ontwikkelt en wanneer een soort zijn activiteitenpatroon verandert. Dat stond echter niet in het plan.
“Ik ging op zoek naar kleurverschillen. In plaats daarvan vonden we verschillen in hun klokgenen, wat achteraf gezien logisch is”, aldus Sondhi.
Genen die ‘de tijd vertellen’
Klokgenen zijn gespecialiseerde genen die het circadiane ritme bij zowel dieren als planten controleren. Veranderingen in eiwitten die door klokgenen worden aangebracht, zorgen ervoor dat cellen gedurende een periode van ongeveer 24 uur actief of inactief zijn. Ze kunnen ook meer dan alleen de slaap-waakcyclus beïnvloeden. Klokgenen kunnen de celgroei, de bloeddruk, de lichaamstemperatuur en het metabolisme van een organisme beïnvloeden en worden in een breed scala aan organismen aangetroffen.
“Het is een systeem dat in alles bewaard blijft, van fruitvliegjes tot zoogdieren tot planten,” zei Sondhi. “Ze hebben allemaal een soort timingmechanisme.”
[Related: The science behind our circadian rhythms, and why time changes mess them up.]
Nadat hij deze verschillen in hun klokgenen had gevonden, vergeleek Sondhi de transcriptomen van de twee soorten motten. Transcriptomen bevatten slechts een subset van genetisch materiaal en bepalen wanneer en waar een gen in de cellen en weefsels van een organisme wordt in- of uitgeschakeld. Ter vergelijking: genomen bevatten al het DNA van een dier. Dit maakt transcriptomen nuttig bij het onderzoeken van verschillen in eiwitniveaus in het lichaam gedurende de dag, omdat ze nauwkeurigere informatie over deze eiwitten hebben.
Sondhi vond een aantal genen die in beide soorten motten in verschillende hoeveelheden tot expressie kwamen. De esdoornmot stak meer energie in zijn reukvermogen, terwijl de eikenwormmot meer genen produceerde die verband houden met het gezichtsvermogen.
De disco het gen en zijn ‘zinkvingers’
Tijdens deze analyse viel een ander gen op:disco. Afgekort voor uitgeschakeld, disco wordt bij beide soorten op verschillende niveaus overdag en ‘s nachts uitgedrukt. Uit eerder onderzoek bij fruitvliegjes is dit gebleken disco het kan indirect het circadiane ritme beïnvloeden door de productie van neuronen die klokenzymen van de hersenen naar het lichaam sturen.
De disco het gen dat in de mottenmonsters werd aangetroffen, was ongeveer twee keer zo groot als zijn fruitvlieg-tegenhanger. Het had ook extra zinkvingers. Dit zijn actieve delen van genen die rechtstreeks interageren met eiwitten, DNA en RNA. Sondhi geloofde dat de veranderingen in de disco genen zijn op zijn minst gedeeltelijk verantwoordelijk voor de overgang van de roze esdoornmot naar nachtelijke vluchten.
[Related: Why artificial light—and evolution—trap moths.]
Toen hij vergeleek disco rossige esdoornmot gene sa disco genen in eikenwormen, vond Sondhi 23 mutaties die ze scheidden. Deze mutaties bevonden zich ook in actieve delen van de genen, zodat ze mogelijk konden bijdragen aan enkele van de waargenomen fysieke verschillen tussen de motten.
Aanvullend onderzoek zou wetenschappers ook kunnen helpen de manieren te begrijpen waarop genen in het wild veranderen en hoe soortvorming op moleculair niveau werkt.