Biologen finden heraus, welche Farben die Welt eines Schmetterlings hat

Wenn Schmetterlinge zwischen Blumen umherhuschen, betrachten sie Blüten nicht alle auf die gleiche Weise. Bei einem Phänomen namens sexuell dimorphes Sehen nehmen die Weibchen einiger Schmetterlingsarten ultraviolette Farben wahr, während die Männchen hell und dunkel sehen. Biologen der University of California, Irvine haben herausgefunden, dass die Variation bei mindestens einer Art auf den Sprung eines Sehgens auf ein Geschlechtschromosom zurückzuführen ist. Es ist der erste bekannte Befund, dass diese Art von genetischer Veränderung ein sexuell dimorphes Sehvermögen verursacht.

Die Studie erscheint in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Dies stellte das UCI-Team bei der Untersuchung der Schmetterlingsgattung Heliconius fest. Einige seiner Arten sehen ultraviolette Farbe, ein Spektrum, das breiter ist als das sichtbare Lichtspektrum, das der Mensch wahrnimmt. Eine vom Opsin-Gen produzierte Substanz ist für die Sehfähigkeit dieser Schmetterlinge verantwortlich. Bei Heliconius-Arten mit sexuell dimorphem Sehvermögen ist die Wahrnehmung ultravioletter Farben nur bei Weibchen vorhanden.

Auf der Suche nach dem genetischen Mechanismus hinter diesem Unterschied wählten die UCI-Biologen Heliconius charithonia als ihr Subjekt, bei dem die Sehfähigkeit sexuell dimorph ist. Als sie mit der Zusammenstellung des ersten vollständigen Genoms dieser Art fertig waren, erfuhren sie, dass ihr W- oder weibliches Chromosom das Opsin-Gen enthielt.

„Dies ist der erste bekannte Fall, bei dem das dimorphe Farbsehen bei Tieren von einem einzelnen Gen herrührt, das sich auf ein Geschlechtschromosom bewegt“, sagte Erstautor Mahul Chakraborty, ein stellvertretender Projektwissenschaftler für Ökologie und Evolutionsbiologie. „Neben der wissenschaftlichen Bedeutung der Entdeckung unterstreicht sie auch die Komplexität der automatisierten genetischen Sequenzierung und die entscheidende Rolle der Validierung.“

Einen Großteil seiner Arbeit an dem Projekt erledigte er als Postdoktorand in den Labors der Korrespondenzautoren Adriana Briscoe und JJ Emerson, beide Fakultätsmitglieder der Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie.

Zuvor zusammengestellte Genome für Heliconius charithonia waren fragmentarisch. Keines enthielt das W-Chromosom, dessen sich stark wiederholender Code Stolpersteine ​​für die automatische Sequenzierung darstellen kann. UCI-Forscher begannen ihre Studie mit der automatischen Sequenzierung des Genoms der Art, doch dabei konnten nicht alle erwarteten Kopien des Opsin-Gens entdeckt werden. Unbeirrt untersuchten sie anschließend die Codierung manuell.

„Ich habe jeden Teil der Sequenzierung durchgesehen“, sagte Angelica Lara, die Ökologie und Evolutionsbiologie studierte, als sie anfing, im Ermittlungsteam zu arbeiten. Lara beteiligte sich auch nach ihrem Abschluss weiterhin als Postbaccalaureate-Forscherin an dem Projekt. „Nach all der Überprüfung konnte ich das Opsin immer noch nicht finden. Dann wurde mir klar, dass ein Teil des Codes für das W-Chromosom nicht richtig formatiert war, und ich glaubte, dass sich das Opsin dort befinden musste“, sagte sie.

Laras Bemühungen veranlassten Chakraborty, diesen Abschnitt genauer zu untersuchen. Es stellte sich heraus, dass die automatische Sequenzierung diesen Abschnitt der Chromosomenkodierung verloren hatte, was wahrscheinlich durch seine Wiederholbarkeit behindert wurde. Bei der Wiederherstellung wurde das Opsin-Gen entdeckt, und das Team bestätigte den Befund durch zusätzliche Tests.

„Ohne diese manuelle Anmerkung und Untersuchung hätten wir Annahmen getroffen, die falsch und irreführend waren“, sagte Briscoe, Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie. „Nachdem wir diese Entdeckung gemacht haben, können wir viel tiefer in die Mechanismen hinter dem Dimorphismus eintauchen und seinen Zweck verstehen.“

Wissenschaftler glauben, dass der Unterschied im Sehvermögen der Grund dafür sein könnte, dass sich Weibchen und Männchen bei manchen Schmetterlingsarten von unterschiedlichen Blumenarten ernähren. Bisher sind die einzigen anderen Lebewesen, von denen bekannt ist, dass sie ein sexuell dimorphes Sehvermögen haben, bestimmte Arten von Primaten.