Как гусеницы "создали" жгучую горчицу
Горчичная жгучесть появилась у растений не просто так, и не для нашего гастрономического удовольствия, а в результате эволюционной борьбы с гусеницами. Как эта борьба происходила, описывают в своей статье в Proceedings of the National Academy of Sciences Крис Пайрс (Chris Pires) из Университета Миссури вместе с коллегами из нескольких научных центров Европы, США, Австралии и Канады.
Исследователи сравнили генеалогические деревья растений семейства Капустные, к которым относится горчица, и поедающих их бабочек-белянок, и выяснили, что эволюционная гонка вооружений между теми и другими началась довольно давно. (На всякий случай напомним, что возраст того или иного вида можно определить по уровню сходства и различия между его генами и генами его родственников; поскольку мы можем оценить скорость накопления мутаций, то можем и определить время, когда виды-родственники разошлись от своего общего предка.) Около 90 млн лет назад, по словам авторов работы, предок современной капусты, горчицы, редиса, васаби, хрена и прочих замечательных овощей научился синтезировать глюкозинолаты – вещества, токсичные для большинства насекомых. Именно они в большом количестве содержатся в горчичном масле.
Прошло несколько десятков миллионов лет, и бабочки нашли, чем ответить – у них появился белок, обезвреживающий токсины. Гусеницы белянок получили обширную и разнообразную кормовую базу, так что в семействе появились новые виды, кормящиеся на горьких и жгучих растениях. Теперь настал черёд самих растений, и они стали изобретать новые виды глюкозинолатов, используя в качестве сырья для их синтеза разные аминокислоты; сейчас этих веществ насчитывается около 120. Насекомым оставалось только совершенствовать своё умение обезвреживать токсин, приспосабливая свой биохимический аппарат к новым разновидностям глюкозинолатов.
Такая эволюционная «гонка вооружений» совсем не редкость. Кстати говоря, именно капустные растения и бабочки-белянки с 60-х годов прошлого века стали классическим примером коэволюции, влияния видов друг на друга в ходе их исторического развития. Однако далеко не всегда понятно, как именно это происходит, и в случае с бабочками и растениями гипотеза также требовала дополнительных подтверждений (хотя взаимное влияние, казалось бы, было очевидным). И вот, наконец, биологам удалось понять, как всё происходило: исследователям удалось не только соотнести историю появления новых видов с этапами биохимической войны, но и описать её генетический механизм. Обе стороны в ней использовали не столько единичные мутации в уже существующем гене, которые могли бы настроить его к новым условиям, сколько удвоение гена – с тем, чтобы его новая копия приобретала новые функции, тогда как оригинал мог продолжать работать, как раньше. Естественно, авторам работы пришлось призвать на помощь современные молекулярно-генетические методы, которых в середине прошлого века просто не было.
Именно необходимость изыскивать всё новые средства для борьбы с гусеницами заставляла Капустных генерировать всё новые и новые виды (и то же самое справедливо и для бабочек: поиски очередного противоядия приводили к появлению новых разновидностей белянок). У современных видов можно найти самые разнообразные коктейли глюкозинолатов, причём у некоторых видов они проходят дальнейшую модификацию, опять-таки в рамках улучшения защиты от насекомых. О том, насколько разнообразным может быть их состав, можно судить по тому, что, к примеру, вкус редиса и цветной капусты создаётся большей частью именно глюкозинолатами. Для человека далеко не все из них жгучие, некоторые просто добавляют овощам своеобразную горечь и запах, впрочем, и жгучесть человек научился использовать к своему удовольствию. Наверно, можно только радоваться, что растения были так заняты войной с гусеницами, что не обращали внимание на то, что их едят ещё и люди.