Плодовые мушки могут быть по-настоящему раздражающими, когда они жужжат в вашей гостиной или садятся в ваше вино. Но нам есть за что благодарить этих крошечных неприятностей — они произвели революцию в биологической и медицинской науке.

И мухи, и комары принадлежат к двукрылым, группе насекомых, у которых есть только два крыла (от греческого «ди» — два и «птерон» — крыло). Однако так же, как большинство людей принимают надоедливые, а также положительные черты своих друзей, мы не должны судить мух только за их отрицательное поведение.

Мы должны открыть глаза на их огромное экономическое и экологическое значение, как утверждает энтомолог Эрика Макалистер в своей книге «Тайная жизнь мух». Например, многие растения (в том числе растение какао, дающее нам шоколад) полагаются на двукрылых в качестве опылителей. Или попробуйте представить мир без мух, разлагающих мертвых животных.

Однако я буду спорить с другой точки зрения, чтобы завоевать ваше уважение к одному конкретному двукрылому: плодовой или уксусной мухе (Drosophila melanogaster).

Дрозофила может быть меньше ногтя, но она может быть большой неприятностью летом, когда она зависает над созревающими плодами или появляется стаями из мусорных баков. Вид Drosophila был впервые упомянут немецким энтомологом Иоганном Мейгеном в 1830 году и с тех пор завоевал статус знаменитости среди ученых. Он стал наиболее изученным животным организмом на планете и центром современных медицинских исследований. Десять ученых, работавших над дрозофилой, были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Сотрудничество науки с мухами началось в начале 1900-х годов, когда биолог Томас Хант Морган из Колумбийского университета в Нью-Йорке решил проверить эволюционные теории, например, то, как генетические мутации связаны с другими характеристиками, и повторное открытие в 1900 году теорий наследственности Грегора Менделя, опубликованных 1865. Мендель остается признанным отцом генетики и сегодня.

Морган был не первым, кто работал с дрозофилой. Но его идея использовать дешевое содержание мух (кусочки бананов, хранящиеся в молочных бутылках) и быстрое размножение (одно поколение примерно за десять дней; около 100 яиц на самку в день) позволит изучать эволюцию в лаборатории. Это потому, что легче увидеть эволюционные изменения в больших популяциях видов с высокой текучестью.

Его эксперименты по массовому размножению сотен тысяч мух привели к открытию единственной мухи с белыми глазами вместо красных глаз, которые обычно бывают у плодовых мушек. Последующие исследования белоглазого потомства, проведенные Морганом и его командой, показали, что гены могут мутировать и располагаться в виде упорядоченных и воспроизводимых карт на хромосомах (длинная молекула ДНК). Это новое понимание положило начало области классической генетики, какой мы ее знаем. Например, это привело к пониманию того, как наследуются генетические заболевания.

В 1940-х годах ученые, в том числе Джордж Бидл и Эдвард Татум, установили, что некоторые генные коды белков могут способствовать химическим реакциям и производить молекулы, необходимые клеткам.

Другие исследователи с помощью плодовых мушек нанесли на карту структуру спирали ДНК. Благодаря этим событиям в центре внимания оказались давно обсуждаемые вопросы. Например, как гены регулируют сложные биологические процессы, такие как развитие всего организма из одной оплодотворенной яйцеклетки.

Ученые постепенно разработали методики с использованием микроскопов для изучения эмбрионов дрозофилы в их крошечной 0,5-миллиметровой прозрачной яичной скорлупе. Множество генетических стратегий, о которых мы узнали у мух, превратились в мощное средство для анализа механизмов развития мух. Точно так же, как мутации человеческих генов могут вызывать пороки развития тела у людей, у эмбрионов мух также обнаруживаются такие дефекты. Например, без головы или хвоста.

Ученые могут изучать мутантные дефекты, даже если яйца никогда не вылупятся, что может сообщить нам о нормальной функции пораженного гена. Такого рода генетические исследования дрозофилы в сочетании с новыми технологиями, такими как клонирование генов, помогли нам понять, как генные сети могут определять развитие тела и как они иногда могут вызывать наследственные заболевания. Генные сети представляют собой набор генов или частей генов, которые взаимодействуют друг с другом для управления определенной функцией клетки. В 1995 году трое ученых получили Нобелевскую премию за вклад в это новое понимание.

В конце концов выяснилось, что полные геномы мух и человека обнаруживают поразительное сходство, а механизмы или процессы, обнаруженные у мух, часто оказывались применимыми к более сложным организмам. Многие человеческие гены могут даже взять на себя функцию своего эквивалента дрозофилы, будучи вставленными в геном мухи.

Общий предок, который полмиллиарда лет назад основал эволюционные линии мух и людей, по-видимому, обладал настолько хорошо разработанной биологией, что многие ее аспекты, такие как механизмы роста или функции нейронов, сохранились до сих пор. Поскольку мы так похожи генетически, многие аспекты человеческой биологии и болезней были впервые исследованы на дрозофилах. Между тем исследования плодовых мушек проводятся быстро, рентабельно и чрезвычайно разносторонне. Он идеально подходит для научных открытий.

Как только знания о мухе будут получены, эти знания могут ускорить исследования более сложных организмов. По оценкам, сегодня более 10 000 исследователей по всему миру работают с дрозофилой во многих областях науки, связанных с биологией и болезнями человека. Он используется нейробиологами для изучения обучения, памяти, сна, агрессии, зависимости и нервных расстройств. Не говоря уже о раке и старении, процессах развития, микробиоме кишечника, стволовых клетках, мышцах и сердце.

Тем не менее, мухи не мини-люди. Их нельзя использовать для изучения потери личности, наблюдаемой, например, при болезни Альцгеймера. Но их можно использовать для изучения причин гибели нейронов при таких заболеваниях и преодоления важных пробелов в нашем понимании этого типа заболеваний.

Плодовые мушки, парящие на вашей кухне, могут раздражать, но, надеюсь, теперь вы увидите их в другом свете.

https://phys.org/news/2023-06-annoying-fruit-fly.html