как узнать пол у бабочки
Как узнать пол у бабочки
Определение пола у бабочек и птиц
Раздел об определении пола у бабочек и птиц следует начать с небольшого отступления. В самом деле, мы только что выяснили способ определения пола у дрозофилы и у животных вообще и подчеркнули его подкупающую простоту и широкую распространенность в мире животных.
И вот мы снова встречаемся с очередной загадкой природы, с новым усложнением интересующего нас вопроса. Оказывается, все сказанное выше об определении пола по типу дрозофилы правильно, но за одним исключением: этот тип определения пола является в природе не единственным, общим для всех организмов. Наряду с ним существует еще один способ, или тип, определения пола, впервые открытый у бабочек, а затем у птиц и в том числе у домашней курицы. По имени насекомого, на котором этот тип определения пола был открыт впервые, он и носит название типа бабочек. Рассмотрим его особенности и отличия от типа дрозофилы. В качестве объекта для описания процесса возьмем кур: с ними читатель, несомненно, знаком ближе, чем с бабочками; да и в дальнейшем нам еще неоднократно придется иметь с ними дело.
Итак, в чем заключается отличие механизма определения пола у птиц и у дрозофилы?
У бабочек и птиц эти отношения диаметрально противоположны: у них привилегия продуцировать два типа половых клеток принадлежит самкам, вследствие чего половина откладываемых ими яиц (на самок) содержит одну половую хромосому, и половина яиц (на самцов) содержит другую, несходную с первой половую хромосому. У самцов же бабочек и птиц образуется один тип сперматозоидов. Следовательно, женский пол у них гетерогаметен, а мужской пол гомогаметен.
Однако, следуя имеющимся в литературе прецедентам, мы отступим от этого правила и в дальнейшем будем придерживаться единой системы обозначения половых хромосом, независимо от того, идет ли речь об определении пола по типу дрозофилы или по типу бабочек и птиц. Дело заключается не в том, какими буквами обозначать половые хромосомы двух сравниваемых групп организмов; важнее помнить, что в отличие от дрозофилы, у которой гетерогаметен мужской пол, у бабочек и птиц гетерогаметен женский пол и что у них пол зародышей устанавливается в процессе созревания яиц, т. е. еще до оплодотворения.
В то же время единая система обозначения половых хромосом для всех представителей мира животных, за исключением отмеченной полярности типов определения пола, несомненно, способствует более целостному и ясному их пониманию.
В соответствии с полярностью механизмов определения пола у дрозофилы и у птиц по-разному представляются и результаты оплодотворения. В самом деле, у дрозофилы, как мы видели, пол зародыша определяется в момент оплодотворения и в каждом отдельном случае зависит от сочетания половых хромосом в оплодотворенном яйце. В отличие от дрозофилы у бабочек и птиц оплодотворение яйца, образно выражаясь, лишь дает толчок развитию зародыша того пола, который уже заложен в нем в процессе созревания. Таким образом, каждому куриному яйцу в буквальном смысле слова «написано на роду» развиться в цыпленка именно того, а не противоположного пола.
К сказанному выше об определении пола у кур необходимо сделать следующую оговорку. Дело в том, что ввиду наличия у курицы большого числа очень мелких хромосом и трудностей их подсчета и идентификации вопрос о наличии у нее У-хромосомы до сих пор окончательно не решен, и возможно, что ее здесь нет вообще.
Диплоидное число хромосом у бабочек и в том числе у шелкопряда (см. главу IV) равно 56.
Универсальный метод определения пола у бабочек разработали в Новосибирске
Для чего нужно определять пол насекомых? Например, чтобы регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Поэтому хорошо бы иметь препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок. У всех животных особи женского и мужского отличаются физиологически, насекомые — не исключение, поэтому такое избирательное воздействие возможно», — объясняет соавтор исследования научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Ирина Анатольевна Белоусова.
Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено большинство разрабатываемых препаратов. Но тут возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.
Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью ПЦР смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчете на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.
«Метод ПЦР сейчас используют во всех лабораториях, анализ делается просто и быстро. Кроме того, наш способ универсальный, — говорит Ирина Белоусова. — Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому ее гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает Ирина Белоусова.
Ученые провели два исследования, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых (информация была взята из базы данных Национального центра биотехнологической информации США). Затем в ИСиЭЖ СО РАН метод протестировали in vitro на трех видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.
Простой и универсальный метод определения пола у личинок чешуекрылых нужен был ученым не сам по себе, а для решения более масштабных задач. Лаборатория экологической физиологии ИСиЭЖ СО РАН, в которой работает Ирина Белоусова, на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять ее пол.
«У непарного шелкопряда в популяции есть латентный вирус. Он интересует нас, во-первых, в связи с всё той же разработкой новых методов борьбы с вредителями. Препарат, который мог бы вызывать болезнь, будет экологически безопасным: вирус поражает только этот вид насекомых, и снижает численность вредителя только до фонового значения, полностью не уничтожая, — рассказывает Ирина Белоусова. — Во-вторых, мы хотим понять механизмы вертикальной передачи. Латентных форм вирусных инфекций в мире вообще не так много, у человека к ним относятся такие опасные заболевания, как герпес и ВИЧ. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по инфекции, которую мы изучаем, в будущем могут быть ценными для вирусологии вообще».
Работа выполняется при поддержке гранта РНФ № 17-76-10029.
Как определить пол бабочки?
Впервые сталкиваясь с вопросом как определить пол бабочки, невозможно себе представить, насколько это сложная процедура.
Для того чтобы определить пол бабочки, необходимо, прежде всего, знать следуещее. Знать, что у определенных видов бабочек самцы и самки отличаются друг от друга визуально. У других видов бабочек самочка отличается только большим размером веретеновидного брюшка. Данное различие предопределено тем, что самочкам необходимо вынашивать потомство.
Некоторые разновидности бабочек имеют визуальные отличия самцов и самок. Самцы могут быть обладателями крылышек более яркого окраса и отличаться от самочек более крупными размерами. Иногда у бабочек самка может отличаться от самцов очень своеобразной формой тела. Так, некоторые самочки имеют форму червя, у них вообще отсутствуют крылышки, такие бабочки напоминают личинок.
Самцы же имеют крылья и по внешнему виду вполне соответствуют общим представлением о «нормальной» бабочке. Задаваясь вопросом как определить пол бабочки, рано или поздно станет известен тот факт, что есть мнение некоторых ученых, что у бабочек самцы являют собой более древнюю, нежели самочки, форму.
И не самцы приобрели в процессе эволюции новые видовые признаки, а наоборот, самки утратили некоторые некогда общие с самцами признаки. К примеру, практически большинство отличительных признаков самочек, в принципе, сводится к потере тех или иных, присущих особям противоположного пола признакам: отсутствие усиков, крылышек, утрате определенного количества чешуек на крыльях, которые отвечают за окраску.
Объясняют это тем, что самочки затрачивают значительное количество своего биоматериала на развитие потомства, в связи с чем значительная нехватка питательного материала приводит к недоразвитию и последующему атрофированию некоторых органов. Определяя пол бабочки, следует обратить особое внимание, что значительная разница во внешнем виде самок и самцов в рамках одного вида может быть обусловлена географической или сезонной зависимостью.
Также самочки некоторых видов бабочек имеют дополнительный защитный цветовой окрас. Также следует учитывать, что установить пол бабочек определенных видов, которым присуще такое явление как половой диморфизм (внешнее отличие особей противоположного пола между собой), представляется возможным, только подвергая особь воздействию ультрафиолетового излучения, без воздействия которого на крылья особи, крылышки самки и самца практически не будут иметь различий.
Занимаясь определением пола бабочек, иногда можно столкнуться с редчайшим фактом существования гинандроморфных особей. Они представляют собой бабочку, у которой одна половина тела женская, а другая мужская. Столь же редки случаи, когда отличительные признаки особи противоположного пола могут проявляться лишь частично, на определенных участках крылышек.
Открыт новый метод определения пола бабочек
Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено действие большинство препаратов. Однако по пути возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.
Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью полимеразной цепной реакции смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчёте на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.
Как сообщает «Наука в Сибири», определение пола насекомых может помочь регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Предотвратить это мог бы препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок.
Научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН Ирина Белоусова подчёркивает, что метод является универсальным. «Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому её гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает соавтор исследования.
Учёные провели два эксперимента, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в Институте цитологии и генетики СО РАН с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых, затем в Институте систематики и экологии животных СО РАН метод протестировали in vitro на трёх видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.
Кроме того, лаборатория экологической физиологии института на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять её пол. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по одной инфекции в будущем могут быть ценными для вирусологии в целом.
Универсальный метод определения пола у будущих бабочек разработали в Новосибирске
«Для чего нужно определять пол насекомых? Например, чтобы регулировать количество вредителей, в частности непарного шелкопряда — врага лесных насаждений по всему миру. Численность этих насекомых зависит от соотношения полов: если самок рождается много, то через два-три года можно ожидать вспышки размножения. Поэтому хорошо бы иметь препарат, который не только подавляет популяцию, но и снижает процентное соотношение самок. У всех животных особи женского и мужского отличаются физиологически, насекомые — не исключение, поэтому такое избирательное воздействие возможно», — объясняет соавтор исследования научный сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Ирина Анатольевна Белоусова.
Как известно, насекомые особенно вредят растениям будучи личинками — именно против них направлено большинство разрабатываемых препаратов. Но тут возникает сложность: если во взрослом состоянии, которое у бабочек называется имаго, пол определить достаточно просто, то личинки чешуекрылых имеют схожие морфологические особенности, и на глаз отличить их нельзя. Сибирские биологи разработали метод определения пола личинок по количеству гена, который содержится в их половых хромосомах.
Система половых хромосом у насекомых обратна человеческой: если у людей две хромосомы X означают женский пол, а X и Y — мужской, то у чешуекрылых особи, обладающие двумя хромосомами Z, — это самцы, а Z и W — самки. Ученые с помощью ПЦР смотрят в образце количество гена kettin, содержащегося в Z-хромосоме. В пересчете на остальные хромосомы получается, что этого гена у самцов в два раза больше, чем у самок.
«Метод ПЦР сейчас используют во всех лабораториях, анализ делается просто и быстро. Кроме того, наш способ универсальный, — говорит Ирина Белоусова. — Обычно пол определяют по отличительному гену W-хромосомы, но она содержит много мобильных элементов и повторов, то есть всегда отличается у разных видов. Хромосома Z консервативна, поэтому ее гены универсальны для всех чешуекрылых. При этом в качестве маркера можно выбрать любой ген, специфичный для Z-хромосомы», — рассказывает Ирина Белоусова.
Ученые провели два исследования, чтобы подтвердить достоверность метода. Сначала в ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» с помощью компьютерного моделирования проанализировали все геномы и транскриптомы, которые секвенированы на данный момент у 56 видов чешуекрылых (информация была взята из базы данных Национального центра биотехнологической информации США). Затем в ИСиЭЖ СО РАН метод протестировали in vitro на трех видах — непарном шелкопряде, вощинной огнёвке и капустной моли.
Простой и универсальный метод определения пола у личинок чешуекрылых нужен был ученым не сам по себе, а для решения более масштабных задач. Лаборатория экологической физиологии ИСиЭЖ СО РАН, в которой работает Ирина Белоусова, на непарном шелкопряде изучает вертикальную передачу латентных вирусных инфекций, то есть распространение вируса из поколения в поколение. Для того чтобы знать, как передается инфекция от родителей потомству, нужно на любом этапе развития особи уметь определять ее пол.
«У непарного шелкопряда в популяции есть латентный вирус. Он интересует нас, во-первых, в связи с всё той же разработкой новых методов борьбы с вредителями. Препарат, который мог бы вызывать болезнь, будет экологически безопасным: вирус поражает только этот вид насекомых, и снижает численность вредителя только до фонового значения, полностью не уничтожая, — рассказывает Ирина Белоусова. — Во-вторых, мы хотим понять механизмы вертикальной передачи. Латентных форм вирусных инфекций в мире вообще не так много, у человека к ним относятся такие опасные заболевания, как герпес и ВИЧ. Поскольку у всех вирусов есть общие тенденции эволюционного развития, то данные по инфекции, которую мы изучаем, в будущем могут быть ценными для вирусологии вообще»Источник