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Susan Milius

Paul Brakefield è un'autorità mondiale sulle macchie. Il suo team di laboratorio approfondisce questioni più ampie di cerchi e macchie su ali di farfalla: quali geni modificare la dimensione dei punti '? Fare punti diversi evolvono separatamente o insieme? Wow, che tipi di macchie opposte sesso? Brakefield sostiene che ali di farfalla, in particolare le lentiggini, la scienza offre un'opportunità unica. Essi sono buoni per esperimenti in un insolitamente vasta gamma di discipline scientifiche, in modo che i ricercatori possono combinare la conoscenza e approfondire la comprensione di come funziona l'evoluzione.



Vedere SPOT crescere. Le grassetto Buckeye farfalla permesso ai ricercatori di scoprire che la posizione degli oblò di adulti, mentre è determinato che l'insetto è ancora un bruco.

Diversi laboratori, tra cui Brakefield presso l'Università di Leiden nei Paesi Bassi, l'ala modelli genetici sono illuminanti. Questi gli scienziati possono utilizzare i risultati in modo meno suggestivo, ma gli insetti studiati mosca della frutta verso il basso. Un gruppo è anche avanzando nella creazione di farfalle transgeniche con la proteina fluorescente nei loro tessuti.

biologi dello sviluppo anche a trovare l'ala farfalla un grande problema. La sua semplicità come un foglio in due dimensioni, invece di un corpo tridimensionale, rende l'analisi più facile che in molti altri sistemi.

La bellezza della farfalla per il comportamento ambientalisti, Brakefield dice, è che i suoi spot di ala, strisce, macchie e altre funzioni di performance teatrale in accoppiamento, ingannano i predatori, e altre questioni fondamentali per l'evoluzione degli insetti.

Alla fine, gli scienziati sperano di rintracciare i meccanismi dell'evoluzione delle pieghe di una molecola per l'ampiezza di una farfalla continente. Hanno detto per anni che la storia evolutiva è scritto sulle ali di una farfalla. Ora, si sta iniziando a decifrare.

scale di base

La maggior parte delle 17.000 specie nel mondo di ali di farfalla Sport distintivo, un po 'elegante come campionatori ricamo, alcuni così cangiante quella di un raggio farfalla a livello del suolo ha attirato l'attenzione dei passeggeri in piccoli aerei sopra la testa . Questa pletora di disegni di ali proviene da piccole scaglie decorate da due serie di strumenti dell'artista. sulla superficie della scala, le strutture microscopiche di un certo colore piccolo albero di Natale-creare giochi trucchi di luce. Tuttavia, analisi della loro genetica è molto indietro quello dell'altra fonte di colore, ala visualizzazione pigmentato.

Faretti. Il tessuto bagliore che mostra l'attività dei geni (miglior film) in un'ala sviluppo di una pupa prefigura elementi ala modello per gli adulti (immagini inferiori).

Beldade, Brakefield

Come monitor di computer formano sotto le immagini, ali di farfalla con campioni di colore, che si aggiungono piccole unico grande modello. Ogni colore piccola scala proviene da una singola cellula, che è fatta dopo i suoi pixel madri. I colori provengono da miscele di pigmenti flavonoidi, e pterine-melanina che si estende tra gli organismi.

Bruchi e futures portano le cellule dischi ala, compresi quelli che stabiliscono il design colorato. Nel 1970, Frederik H. Nijhout presso la Duke University di Durham, North Carolina, trapianti eseguiti in miniatura, cambiare intorno a pezzi di stoffa Caterpillar per vedere quando la destinazione è determinata per varie parti delle ali . Abbiamo lavorato con il Buckeye farfalla (Precis coenia), che si svolge bersaglio grassetto sulle ali anteriori e posteriori. Nijhout ha dimostrato che prima bruco è bloccato in suo bozzolo per diventare una farfalla, la posizione delle ali è stato stabilito in macchie future.

Una pietra miliare nel modello genetico della band era nel 1990, quando Sean Carroll della University of Wisconsin-Madison e colleghi trattati controparti farfalla per i geni noti per controllare la crescita e le ali di mosche frutta. Abbiamo lavorato con una specie africana ha anche grandi oblò, Bicyclus anynana. La maggior parte dei geni hanno cercato di svolgere un ruolo simile alla loro partecipazione la mosca della frutta. Ma poi un test genetico Distal-less è arrivato (DLL).

Carroll ricordo ancora il Venerdì, quando uno dei suoi compagni è stato chiamato a guardare gli ultimi risultati. La squadra aveva finalmente trovato un gene che decora un ala di farfalla. In moscerini della frutta, le influenze di DLL arti, ma nel bruco, DLL definisce anche il punto centrale di ciascuna delle ali anynana oblò B..

Improvvisamente la possibilità che il mondo del modello di test genetici aperto. "Hai solo bisogno di un paio di giorni come bene e può mettere in su con gli anni di frustrazione", ricorda Carroll.

Variazioni di un gene

I genetisti ora sanno di molti altri geni che tremolano durante la formazione di modelli come i collegamenti nella centro del bersaglio. Tuttavia, DLL rimane uno dei favoriti nei laboratori genetici.

Patrícia Beldade, ora presso la University of California, Irvine, e colleghi hanno testato se le variazioni del DLL che potrebbero fornire la materia prima per la selezione naturale, creando le persone in forma e meno incline a prosperare o fallire come fresata lungo evoluzione.

Non tutti i geni dovrebbero contribuire alla variazione misurabile tra gli individui, dice Beldade. Ad esempio, grandi variazioni di maggio non si è evoluta a causa di un gene che svolge un ruolo chiave che ogni corruzione ucciderà l'organismo. Beldade dice DLL aveva l'aspetto prezioso perché si tratta con funzioni simili a insetti che hanno seguito diversi percorsi evolutivi. "Forse non si vuole pasticciare con lui," dice.

Per vedere se DLL varia, Beldade ed i suoi colleghi hanno lavorato con Leiden una colonia laboratorio di B. anynana. Per nove generazioni, gli scienziati sono stati coinvolti nell'allevamento di insetti per creare un lignaggio con grandi occhi e un altro con una piccola mucca.

Quando Beldade analizzato diversi incroci queste righe, ha trovato forme specifiche associate a geni grande o piccolo oblò. Varietà nella DLL stessa o una variazione del DNA specifici poteri compagno improvvisamente, lei ei suoi colleghi riportato nel 17 gennaio 2002 Natura.

Nel mondo reale, ovviamente, un punto deve essere considerato nel contesto di tutto l'organismo. Come il destino di una caratteristica rimorchiatore ad altri incuriosito Antónia Monteiro, ora dell 'Università di Buffalo, New York. Il suo laboratorio sta sviluppando farfalle transgeniche con pigmenti fluorescenti per testare futuro genetico.

Nei primi mesi del 1990, lei ei suoi colleghi si rivolse ai luoghi di destinazione B. anynana per esplorare il groviglio di linee. Ha anche avviato un programma di allevamento farfalla. Si è concentrata sulla massimizzazione delle dimensioni di un particolare un'ala di destinazione. Come poi è cresciuto nelle generazioni successive, si è scoperto che a livello degli altri occhi center, troppo.

Disaccoppiato. Queste ali Bicyclus anynana fine di uno spettacolo esperimento coltura artificiale è possibile spingere lo sviluppo di macchie nella stessa ala in direzioni opposte.

C. Brunetti, Selegue J. Carroll

Più tardi, Beldade riflette quanto strettamente abbinati sono il destino di tutte quelle macchie. Forse i geni costretti tutti i punti di una farfalla da sincronizzare, o tutti sempre più o tutte declino. Lei ei suoi colleghi allevato selettivamente B. anynana per vedere se potevano guidare allo stesso tempo l'evoluzione di due punti in un'ala in direzioni opposte. Per 17 generazioni di insetti, ricercatori hanno selezionato lignaggi secondo la dimensione-accostare punto, come un grande sedile anteriore e una piccola camera posteriore.

"Dopo un paio di generazioni, sapeva che era possibile", dice Beldade. Nei lignaggi che la sua squadra ha creato, la dimensione della macchia in un unico luogo si era sganciato da una dimensione all'altra, lei e colleghi hanno riportato nel 25 Aprile 2002 la natura e il 29 ottobre 2002 Proceedings National Academy of Sciences.

Questi documenti nati l'idea che la dimensione del punto della farfalla è un esempio di una caratteristica che si è evoluto in un forte legame così che alcune forme, come un ottimo posto e una piccola macchia, non sviluppano, secondo Beldade. Altri esempi di tratti proposte che non può evolvere certe forme includono il numero di vertebre del collo nei mammiferi, apparentemente sempre sette e il numero di segmenti vettori gamba centipede-apparentemente sempre dispari. Questi esempi sono stati tutti controverse.

Che dire le al

Tutto questo variazione di spottiness fare la differenza per le farfalle? Brakefield e il suo collega ha deciso di provare Casper Breuker Leiden decorazione ala influenza la vita sessuale di B. anynana.

I ricercatori hanno creato gabbie e le femmine offrono una scelta di due o tre maschi che i ricercatori hanno macchie avevano alterato in modi diversi. I biologi hanno prove che suggeriscono che le femmine di alcune specie rispondono simmetricamente ad un maschio è, ma sembra che queste farfalle femmine mostrano una preferenza per i maschi, con o senza la stessa dimensione in punti su ogni lato, i ricercatori hanno segnalato nelle 22 giugno Proceedings della Royal Society di Londra B.

Analogamente, farfalle femmine non sono in grado di mostrare tutto il modello di risposta con dimensioni un'ala di un maschio. Essi rispondono per identificare misure, tuttavia, preferiscono ragazzi con grandi occhi di mucca.

Carol Boggs alla Stanford University sta studiando come il modello sensualità riguarda interagisce con altri ala di farfalla, come la sopravvivenza. Lei e Giacinta Ellers, ora presso l'Istituto di scienza ecologica ad Amsterdam, ha analizzato il colore del nebuloso farfalla di zolfo (Colias Erifile) nelle montagne rocciose del Colorado. La porta lascia sfondo giallo zolfo da una manciata di macchie scure vicino ai bordi.

In tutte le loro ali posteriori, le femmine crescono pigmento nero che gli uomini fanno e quindi acquisire un cast pieno di fumo, Ellers e Boggs riportati nell'aprile 2002 Evolution. Quando i ricercatori hanno testato le farfalle che vivono in montagna ad una altitudine di circa 1.800 metri a 2.900 metri, hanno trovato che le tende oscuranti intensificano ascensore.

Boggs offre un vantaggio affumicato. ali più scure possono aiutare una farfalla caldo e muoversi più velocemente, assorbendo più luce solare, spiega. Le farfalle sono in balia del loro ambiente per il calore del corpo, quindi a fuoco bonus può portare benefici, particolarmente importante per le altitudini più freddi. Le femmine, che a volte portano in giro le uova pesanti, che potrebbero trovare ala scuro particolarmente importante vantaggio.

La storia sarà più interessante, Boggs previsto. Un rapporto che lei e Ellers pubblicato a breve nella evoluzione dimostra che gli uomini, indipendentemente dalla posizione delle montagne, preferiscono le ali più leggere per le femmine più bui, dice Boggs. E 'un peccato che se le donne soffrono degli svantaggi di raffreddamento più leggero. Farfalle presentati qui di seguito un esempio di uno scontro tra ciò che è bene per la sopravvivenza e ciò che è buono per attirare un mate.

Lo studio dell'evoluzione si è verificato prima di questi scontri. Nella maggior parte di essi, come il classico esempio della coda del pavone, sensuality domina anche se non è limitato dalle lenti predatori fuga svantaggi sopravvivenza. Ma Boggs il sospetto che la storia farfalla ha un finale insolito, perché i solfuri nuvoloso femminili scuriscono in quanto aumentano il loro punto di origine. Boggs dice che scommessa nuvoloso solfuri forniscono un esempio del valore di sopravvivenza dominante, limitato dalle esigenze di sex appeal.

Questo è solo uno degli aspetti evolutivi che uno scienziato può testare con le farfalle, e Boggs dice che molti altri appariranno in un volume di 700 pagine sulle indagini della farfalla che lei e due colleghi curato per la pubblicazione entro la fine dell'anno.

La promessa del campo per ricordare le parole del collezionista inglese del secolo naturalista 19 Henry W. Bates. Ha trascorso 11 anni ad esplorare il Rio delle Amazzoni, e contato 14.000 specie, tra cui molte farfalle. Ha scritto che la comprensione della varietà rivelano le varietà di forze motrici per tutta la vita, e che "lo studio delle farfalle, creature selezionati come tipo di leggerezza e levità, invece di essere disprezzato sarà valutata uno giorno e uno dei rami più importanti della scienza biologica ".

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Combattere nell'ala
Se tutte le farfalle svolazzano fare è, come si fa a vincere il vincitore?

Se non è possibile colpire, calcio, pugnalata, sparare, morso, squash, o anche toccare un idiota, come si può combattere? Anche le farfalle maschi di molte specie di gestire questa impresa per tutto il tempo, dice Darrell Kemp, ora presso l'Arizona State University di Tempe. farfalle maschi non sono d'accordo sulle stesse cose, territori, le donne, tuttavia, che la lotta duelli tempo di volo invia un concorrente, il tutto senza contatto fisico.

Per capire questa guerra senza sangue in modo significativo, Kemp ha lavorato in una lussureggiante Hypolimnas bolina in Australia, o le uova mosca. I maschi competono instancabilmente per rivendicare un territorio in cui le femmine non accoppiati probabile che si diffonda da. una femmina compagni solo una volta, ma i compagni di sesso maschile come spesso possibile. Così, in una certa parte della foresta, tutti gli uomini sono pronti a partire, ma "il 95 per cento di tutte le donne, non sono ricettivi", dice Kemp. "E 'un pezzo della lotta per il restante 5 per cento."

Quando un maschio intromette un'altra, la coppia comincia a volare vicino al terreno in un cerchio delle dimensioni di un piatto. Solitamente, un combattente fugge in pochi minuti, ma la battaglia può durare quindici minuti. Le pinne che lasciano gli uomini con una candela insolito lavandino volo ritmo Kemp sottoposto ad una farfalla perduta si sospetta.

Il miglior predittore del successo sembra essere l'età, dice Kemp. Si è riscontrato che gli uomini raggiungono il loro picco competitivo durante l'ultimo terzo della loro vita di 3 mesi. "Queste farfalle anziani sono un po 'vecchio. Le loro ali sono davvero strappati. Di solito non hanno molto in termini di riserve di energia," dice. Tuttavia, la vittoria.

Kemp ha escluso diverse ipotesi. E 'stato trovato che le dimensioni del corpo non aveva nulla a che fare con la vittoria. Ha misurato i diversi parametri delle ali e il corpo per vedere se le dinamiche di volo potrebbero spiegare gesta di uomini anziani. Ha paragonato la superficie alare di peso corporeo per vedere se il volo è diventato più facile. Hanno pesato i muscoli di volo e grassi per vedere se gli uomini più anziani avevano più potenza e più energia in banca. La risposta è "no" a quanto sopra, Kemp ha riportato nel numero di luglio-agosto 2002 Behavioral Ecology.

Ora, Kemp propone la sua ipotesi: L'uomo che persiste nonostante i rischi vittorie. duelli farfalla probabilmente portare alcuni rischi di basso livello, come ad esempio lavarsi le lacrime un'ala di un ramoscello o usura generale sulle ali, ha osservato in 7 Luglio 2002 Proceedings of the Royal Society di Londra B. "Un ragazzo ha tutta la vita davanti a lui ", dice Kemp. Si propone che il vecchio vince perché ha meno da perdere.

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riferimenti:

Beldade, P., P.M. Brakefield, e lungo la EA. 2002. Contributo di ocelli farfalla Modifiche all'apparecchio distale-meno quantitativa. Nature 415 (17 gennaio): 315-318. Astratta.

Beldade, P., K. Koops, e P.M. Brakefield. 2002. Il design, l'individualità e modulari evo-devo in ali di farfalla. Atti della National Academy of Sciences 99 (29 ottobre): 14.262-14.267. Astratta.

Breuker, C. J. e P. M. Brakefield. 2002. scelta femminile dipende dalle dimensioni, ma non la simmetria di ocelli farfalla dorsale Bicyclus anynana. Atti della Royal Society di Londra B 269 (22 giugno): 1233-1239. Astratta.

Ellers, J., e CI Boggs. 2002. L'evoluzione delle farfalle di colore Colias ali: ereditarietà, sesso, che collega e divergenza della popolazione. Evolution 56 (aprile): 836-840. Astratta.

Kemp, D. J. 2002. La selezione sessuale costretto da storia di vita in una farfalla. Atti della Royal Society di Londra B 269 (7 luglio): 1341-1345. Astratta.

Per maggiori informazioni:

Brunetti, C. R. S. B. ... e Carroll. 2001. La generazione e la diversificazione dei modelli di colore farfalla Ocello. Current Biology 11 (16 ottobre): 1578-1585. Astratta.

McMillan, W.O., A. Monteiro, e D. D. Kapan. 2002. sviluppo e l'evoluzione nell'ala. Trends in Ecology and Evolution 17 (1 marzo): 125-133. Astratta.

fonti:

Patrícia Beldade
University of California, Irvine
Ecologia e Biologia Evolutiva
321 Steinhaus Sala
Irvine, CA 92697-2525

Carol L. Boggs
Centro per la Biologia della conservazione
Dipartimento di Scienze Biologiche
371 Serra Mall
Stanford University
Stanford, CA 94305-5020

Paul M. Brakefield
Istituto di Scienze evolutivi ed ecologic
Università di Leiden
PO Box 9516
2300 RA Leiden
Olanda

Sean B. Carroll
Howard Hughes Medical Institute
Laboratorio di Biologia Molecolare
University of Wisconsin, Madison
1525 Linden Unità
Madison, WI 53706

Ellers Jacintha
Centro per la Biologia della conservazione
Dipartimento di Scienze Biologiche
371 Serra Mall
Stanford University
Stanford, CA 94305-5020

Darrell J. Kemp
Dipartimento di Biologia
Arizona State University
Tempe, AZ 85287-1501

Antónia Monteiro
Dipartimento di Scienze Biologiche
State University di New York, Buffalo
Buffalo, NY 14221


Con Science News, Volume 163, No. 7, 15 febbraio 2003, pag. 104.



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