Голодные плодовые мухи за один перелет преодолевают рекордные расстояния

Согласно исследованию ученых Калифорнийского технологического института голодные плодовые мухи дрозофилы (Drosophila melanogaster) могут летать на расстояние до 15 километров за один полет, что в шесть миллионов раз превышает длину их тела, или эквивалент более 10 000 километров для среднего человека — примерное расстояние от экватора до полюса. По сравнению со способностями дрозофил меркнет достижение ультрамарафонца, пробежавшего в 2005 году без остановки 560 километров за 80 часов, это расстояние было примерно в 324 000 раз больше длины тела бегуна.

Исследование мотивировано давним парадоксом, выявленным в 1940-х годах энтомологом и одним из пионеров популяционной генетики Феодосием Добржанским, который с 1927 года работал в США и изучал дрозофил на юго-западе страны. Добржанский и его коллеги обнаружили, что популяции мух, разделенные тысячами километров, оказываются гораздо более генетически похожими, чем это можно предположить, оценивая расстояние, на которое они способны перемещаться. Когда биологи выпускали мух на улицу, насекомые обычно просто летали вокруг одного места, не удаляясь далеко.

В 1970-х группа популяционных генетиков пыталась разрешить этот парадокс, покрыв сотни тысяч мух флуоресцентным порошком и выпустив их в Долине Смерти. Примечательно, что на следующий день группа обнаружила несколько флуоресцентных мух в ведрах с гниющими бананами на расстоянии до 15 километров. «Эти простые эксперименты подняли так много вопросов, — говорит руководитель нынешнего исследования, профессор биоинженерии и аэронавтики Майкл Дикинсон (Michael Dickinson). — Сколько времени им потребовалось, чтобы долететь дотуда? Их просто унесло ветром? Было ли это случайностью? Я читал эту статью много раз и нашел ее очень вдохновляющей. Никто не пытался повторить эксперимент таким образом, чтобы можно было измерить, уносит ли мух ветер, с какой скоростью они летят и как далеко они действительно могут улететь».

Ученые совершили несколько поездок к высохшему озеру Койот в пустыне Мохаве, в 140 милях от Калифорнийского технологического института, с сотнями тысяч обычных лабораторных плодовых мух Drosophila melanogaster. Мухи были выловлены в киоске, где продавались фрукты, а затем размножались в лаборатории. Предварительная проверка показала, что в районе озера Койот дрозофилы не встречаются, так что ученые могли не опасаться, что перепутают выпущенных ими мух с другими мухами. Также перед экспериментом ученые установили метеостанцию для измерения скорости и направления ветра.

Перед испытательным полетом мух кормили сахаром, но в корме не было необходимого белка, что должно было мотивировать дрозофил к дальнейшему поиску пищи. По кругу на расстоянии километра от места выпуска мух были расставлены десять ловушек с привлекательной для дрозофил приманкой из забродившего яблочного сока. Первым плодовым мухам потребовалось около 16 минут, чтобы преодолеть один километр и добраться до корма, что соответствует скорости примерно 1 метр в секунду. Команда интерпретировала эту скорость как нижний предел (возможно, мухи немного летали кругами после выпуска или летели не по идеально прямой линии). Предыдущие лабораторные исследования показали, что полностью накормленная плодовая муха имеет энергию для непрерывного полета до трех часов. Экстраполируя, команда пришла к выводу, что дрозофила может пролететь от 12 до 15 километров за один полет даже при слабом встречном ветре и сможет лететь дальше, если ей поможет попутный ветер.

«Способность этих маленьких плодовых мух к распространению была сильно недооценена. Они могут путешествовать так же далеко или даже дальше, как большинство перелетных птиц за один полет. Эти мухи являются стандартным лабораторным животным, но они почти никогда не изучаются вне лаборатории, так что мы мало знали, каковы были их летные возможности», — говорит Майкл Дикинсон.

Статья с описанием исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.