Генетика поведения некоторых видов насекомых

В 70–80-е годы в Институте физиологии им. Павлова АН СССР было проведено обширное исследование эффектов мутаций медоносной пчелы и дрозофилы, нарушающих метаболические превращения триптофана в той его части, которая связана с синтезом так называемых кинуренинов – веществ, непосредственно участвующих в образовании пигментов глаз насекомых.

Ниже схематически представлены основные этапы этого обмена с указанием места возникновения дефекта (т.е. аномалии обмена) при разных мутациях у представителя отряда двукрылых – Drosophila melanogaster и у представителя перепончатокрылых – Apis mellifera. Стрелкой показаны участки цепи метаболических реакций, которые страдают при соответствующих мутациях.

Физиологический анализ эффектов этих мутаций у обоих видов показал, что эффекты сходны между собой и практически параллельны у дрозофилы и у пчелы, и что в целом они связаны с модуляцией уровня возбудимости ЦНС, в частности уровня двигательной активности.

Мутация chartrese-red пчелы, например, сопровождается изменениями возбудимости нервно-мышечного аппарата и ритма танца и накоплением в организме промежуточного метаболита З-гидроксикинуренина. У дрозофилы эти мутации вызывают модуляцию уровня двигательной активности, увеличение длительности наркоза при действии эфира, снижение возбудимости нервно-мышечного аппарата.

Физиолого-биохимическое исследование показало, что основной причиной сходства эффектов таких мутаций является накопление в организме насекомых обоих видов избыточных количеств серотонина. Эта интересная генетическая модель показывает, насколько сложными и неожиданными могут быть поведенческие эффекты мутаций, которые внешне выражаются всего лишь в изменении цвета глаз.

Для анализа общебиологических закономерностей контроля жизнедеятельности не только насекомых, но и других групп животных представляют интерес генетические изменения суточного ритма. Исследуются, например, мутации дрозофилы, изменяющие длительность циркадного (суточного) ритма уровня двигательной активности мух и ритма массового вылупления взрослой формы из куколки. При мутации в локусе arythmic суточные колебания активности отсутствуют; мутации в локусе period, либо укорачивают цикл активности (short period) до примерно 19 ч, либо удлиняют его (long period) до примерно 28 ч. При мутации per 0 суточный ритм практически отсутствует.