Citação: Merrill RM (2025) está a beleza além dos olhos da borboleta? PLOS BIOL 23 (3): E3003054. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003054
Publicado: 12 de março de 2025
Direitos autorais: © 2025 Richard M. Merrill. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos do Licença de atribuição do Artistic Commonsque permite o uso, a distribuição e a reprodução irrestritos em qualquer meio, desde que o autor e a fonte originais sejam creditados.
Financiamento: O RMM é suportado por uma concessão inicial do ERC (851040). Os financiadores não tiveram papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicar ou preparação do manuscrito.
Interesses concorrentes: Os autores declararam que não existem interesses concorrentes.
Os animais geralmente usam cores para informar suas decisões. Embora a discriminação de cores seja cada vez mais bem caracterizada no nível molecular (por exemplo 1), ainda sabemos pouco sobre as mudanças genéticas e neurais subjacentes à evolução de como os animais respondem a pistas visuais. Isso é importante porque como a seleção molda a variação comportamental pode depender dos mecanismos envolvidos, incluindo a relação entre recepção e resposta. Por exemplo, embora as mudanças genéticas que influenciam a sensibilidade ao receptor podem evitar modificações potencialmente deletérios nos circuitos a jusante, eles também podem alterar a percepção do ambiente mais amplo no qual múltiplos comportamentos dependem. Isso foi levantada a impulsionar as diferenças na escolha do companheiro (2), mas em outras situações, isso pode agir igualmente como uma restrição. Em um impressionante casamento de genômica e neurobiologia evolutiva, um recente PLoS Biology Estudo de Vankuren e colegas (3) começa a desvendar os mecanismos genéticos e neurais subjacentes à evolução da escolha do parceiro visible em uma borboleta tropical.
Os padrões de asa brilhante de Heliconius As borboletas funcionam principalmente para alertar os pássaros de que são desagradáveis, mas masculinos Heliconius Use também para identificar companheiros adequados. Intimamente relacionado Heliconius As espécies geralmente exibem padrões de asas divergentes e, como os homens quase invariavelmente preferem o tribunal de mulheres que compartilham suas próprias cores, isso pode ajudar a manter a integridade dos limites taxonômicos. Indivíduos da mesma espécie tendem a compartilhar o mesmo padrão (pelo menos dentro de uma única localização geográfica); No entanto, algumas populações, incluindo um dos H. Cydno As populações estudadas por Vankuren e colegas são polimórficas. Especificamente, no Equador Ocidental, particular person H. Cydno Alithea Tem um manchado branco ou amarelo. Trabalhos anteriores revelaram que essas diferenças na coloração de alerta são acopladas às preferências de acasalamento correspondentes, de modo que os machos amarelos preferencialmente tribunalem as fêmeas amarelas (os homens brancos parecem não ter preferência) (4).
O acoplamento de características ecológicas e de acasalamento é frequentemente considerado uma rota eficiente para a especiação. Isso ocorre porque permite que a seleção divergente age sobre a característica ecológica para manter a variação na característica de acasalamento, mas determinar os mecanismos genéticos exatos envolvidos tem sido frequentemente difícil (revisado em (5)). Os cenários possíveis incluem pleiotropia, onde o mesmo alelo influencia a variação em dois fenótipos aparentemente não relacionados, além de uma ligação rígida, envolvendo locos fisicamente próximos, mas distintos, no mesmo cromossomo. Associações também podem surgir através de processos de nível populacional (6). Por exemplo, como os homens com preferência pelo amarelo têm maior probabilidade de combinar com fêmeas amarelas, eles também terão mais possibilities de serem filhotes que transportam o alelo de preferência amarela e O alelo de cor amarela (mesmo que os loci estejam em diferentes cromossomos).
Para abordar isso, Vankuren e colegas sequenciaram 113 H. Cydno Alithea Os machos amostrados da população polimórfica no Equador, anteriormente analisados por sua preferência relativa por fêmeas amarelas ou brancas (4). As análises de associação em todo o genoma (GWA) revelaram subsequentemente quatro regiões no genoma associado à preferência de acasalamento. É importante ressaltar que o locus melhor suportado foi <800 kb de distância-embora ainda seja distinto-desde o topo acerto para o interruptor de cor branca amarelo-amarelo (dentro de uma região no cromossomo 1 chamado de 'Ok locus' e contendo o gene do padrão de cores Aristaless-1 (7)) (Fig 1). Este exemplo de ligação rígida reflete amplamente a situação observada entre Heliconius Espécies separadas por um interruptor de anteriores brancos a vermelho, onde genes fisicamente próximos, mas distintos, Optix e Regucalcin1respectivamente, common a cor da asa e a preferência comportamental correspondente para mulheres brancas ou vermelhas (8).
Fig 1. A cor da asa é acoplada à preferência correspondente de acasalamento masculino devido à ação de locos fisicamente próximos, mas distintos, e também se correlaciona com a inibição de UV-fotorreceptores.
UM) Usando análises de associação em todo o genoma, Vankuren e colegas (3) Mostre que loci separados dentro do native Ok controlam um interruptor de cor branco-amarelo e contribui para a variação na preferência masculina, respectivamente, em uma população polimórfica de Heliconius Cydno no Equador. A gama geográfica completa de H. Cydno é mostrado no mapa em azul claro. A localização aproximada do gene do padrão de cores Aristaless-1 (7) é mostrado para referência; Outros genes (não mostrados) também estão presentes no locus ok, incluindo alguns que são expressos diferencialmente durante o desenvolvimento de regiões de processamento visible do cérebro de insetos. Neste e outro H. Cydno Populações, a coloração das asas brancas-amarelos se correlaciona com a proporção de fotorreceptores inibidos de UV, sugerindo um mecanismo atraente para a evolução da preferência visible. Mapas básicos foram obtidos de Herwig Schutzler https://www.shadedreliefarchive.com. B) Ommatidia particular person no olho borboleta são compostos de múltiplos fotorreceptores. Sabe-se que as conexões sinápticas entre fotorreceptores existem dentro da lâmina, a camada superior do lobo óptico, a região do cérebro de insetos responsável pelo processamento visible inicial.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003054.g001
Perguntar como a variação genética pode ser traduzida para as diferenças de preferência de amarelo branco observadas em H. CydnoVankuren e colegas registraram a resposta de fotorreceptores individuais a diferentes comprimentos de onda da luz. Isso lhes permitiu testar especificamente se a variação na coloração da asa (como proxy para preferência comportamental) se correlaciona com as diferenças no ajuste dos fotorreceptores, implicando um vínculo direto entre recepção e resposta. Embora eles tenham descoberto que a sensibilidade do fotorreceptor varia de fato entre Heliconius Populações e argumentam que isso pode ajudar na discriminação visible em alguns contextos, a correlação entre a sensibilidade espectral dos fotorreceptores UV e a cor da asa não se mantinha na população polimórfica do Equador. Isso sugere que é improvável que a variação no ajuste dos fotorreceptores seja a principal causa de diferenças nas preferências de acasalamento nesse caso. No entanto, experimentos subsequentes revelaram que alguns fotorreceptores sensíveis ao UV em homens Heliconius Os olhos recebem entrada inibitória de fotorreceptores sensíveis ao comprimento de onda, como foi observado em outros insetos. Notavelmente, a proporção de fotorreceptores UV inibidos está correlacionada com a cor da asa, inclusive dentro da principal população polimórfica no Equador.
Estudos anteriores em Papilio As borboletas mostraram que as sinapses inibitórias ocorrem nos axônios dentro da lâmina, a camada superior do lobo óptico, a região do cérebro de insetos responsável pelo processamento visible inicial (9). Embora Vankuren e colegas ainda não tenham vinculado explicitamente a expressão de genes específicos à variação comportamental, eles identificam candidatos promissores, principalmente incluindo alguns expressos diferencialmente no lobo óptico em desenvolvimento. Sem dúvida, isso guiará trabalhos futuros para visualizar a expressão desses genes em relação ao desenvolvimento de sinapses inibitórias e testar experimentalmente seu efeito no comportamento. Independentemente, a correlação impressionante entre variação no Ok inibição de locus e fotorreceptores UV, dentro e entre populações de H. Cydnojá fornece uma hipótese mecanicista nova e atraente para a evolução das preferências visuais.
No geral, os resultados deste estudo sugerem um modelo em que a variação em amarelo-branco Heliconius As preferências de acasalamento dependem das alterações no processamento do sinal a jusante, em vez da recepção sensorial. Obviamente, as perguntas permanecem. Por exemplo, como são as preferências para outros tipos de cor e variação de padrões codificados nos sistemas sensoriais de Heliconiuse em outros lugares? Com que frequência o acoplamento das principais características é mantido através de uma ligação rígida, em oposição a outros mecanismos como a pleiotropia, que talvez seja uma hipótese mais convincente em outros sistemas (por exemplo, 10). E a evolução da escolha do parceiro visible depende com menos frequência de mudanças na recepção sensorial do que outras modalidades, como a olfação (talvez devido ao número maior e à maior especificidade dos quimiorreceptores sobre qual seleção pode agir)? No entanto, apesar dessas e de muitas outras vias em potencial para pesquisas futuras, este trabalho de Vankuren e colegas faz uma contribuição importante para nossa visão em expansão da evolução comportamental.
