Nawodniony odwłok chrząszczy może uratować światowe uprawy

Chrząszcze wyewoluowały kilka wyspecjalizowanych sposobów, które pozwalają im przetrwać w trudnych warunkach.

Stonka ziemniaczana jedząca liść
fot. Depositphotos

Jeden na pięć gatunków zwierząt na naszej planecie to chrząszcze. Oficjalnie opisano około 400 000 gatunków, ale naukowcy uważają, że na Ziemi może być nawet 1,5 miliona różnych typów tych odpornych małych owadów. A przy krótkiej długości życia, od kilku tygodni do kilku lat, opracowały one kilka sprytnych mechanizmów przetrwania.

Sprawdź też: Ten owad hakuje fizykę i robi siusiu przy 40 G

Na przykład ciemne chrząszcze mają zdolność wytwarzania lubrykantu dla swoich segmentów nóg, przeciwdziałając wysychaniu ich stawów egzoszkieletowych, podczas gdy gorąca toksyczna eksplozja chrząszcza bombardiera jest niezwykle skuteczną bronią.

Teraz naukowcy odkryli, w jaki sposób chrząszcze otwierają swoje odwłoki w celu nawodnienia i jak pobierają wodę z wielu źródeł, nawet z otaczającego ich powietrza, umożliwiając przetrwanie w ekstremalnie suchym środowisku, nieodpowiednim dla innych zwierząt – coś, co z pewnością pomogło ich 500-milionowej egzystencji na ciągle zmieniającej się planecie.

Poznaliśmy bliżej mechanizmy molekularne, które umożliwiają chrząszczom wchłanianie wody doodbytniczo. Chrząszcz może przejść przez cały cykl życiowy bez picia wody w stanie ciekłym. Wynika to z ich zmodyfikowanej odbytnicy i ściśle przylegających nerek, które razem tworzą system wielonarządowy. Jest on wysoce wyspecjalizowany w wydobywaniu wody z pożywienia, które jedzą, i z otaczającego je powietrza. W rzeczywistości dzieje się to tak skutecznie, że badane przez nas próbki kału były całkowicie suche i bez śladu wody.

— powiedział główny badacz Kenneth Veland Halberg, profesor nadzwyczajny Wydziału Biologii Uniwersytetu w Kopenhadze

We wspólnym badaniu naukowców z Uniwersytetu w Kopenhadze, Uniwersytetu w Edynburgu i Uniwersytetu w Glasgow przyjrzano się narządom wewnętrznym chrząszcza czerwonego o nazwie Trojszyk gryzący (Tribolium castaneum, ang. Red flour beetle), który jest biologicznie podobny do innych gatunków. Odkryli, że gen Nha1 był obecny 60 razy silniej w odbytnicy niż gdziekolwiek indziej w ciele zwierzęcia i był zlokalizowany w unikalnej grupie komórek zwanych komórkami leptophragmata. Udowodniono, że odgrywają kluczową rolę w niezwykle wydajnym wchłanianiu wody przez tego owada.

Komórki „Leptophragmata” to maleńkie komórki usytuowane jak okna między nerkami chrząszcza a układem krążenia owadów lub krwią – służą do zbierania wody z wilgotnego powietrza przez ich odbyt i z niego do ich ciał. Odkryty przez nas gen jest niezbędny do tego procesu, który jest dla nas nowym odkryciem.

— powiedział Halberg

Model budowy wewnętrznej chrząszcza i sposób, w jaki pobiera on wodę z powietrza

Model budowy wewnętrznej chrząszcza i sposób, w jaki pobiera on wodę z powietrza
Model budowy wewnętrznej chrząszcza i sposób, w jaki pobiera on wodę z powietrza | fot. Kenneth Halberg

Kiedy zespół wyciszył ekspresję Nha1, chrząszcze radykalnie zwiększyły utratę wody i wykazywały słabą przeżywalność w suchych warunkach, które wcześniej nadawały się dla nich do zamieszkania.

Oprócz lepszego zrozumienia jednego z najbardziej imponujących zjawisk przetrwania w suchym środowisku, naukowcy są przekonani, że pozwoli to na opracowanie bezpiecznych dla środowiska sposobów kontrolowania niszczycielskich populacji chrząszczy, które zagrażają bezpieczeństwu żywnościowemu.

Chrząszcz czerwony, wołek zbożowy czy stonka ziemniaczana niszczą co roku około 25% światowych zasobów żywności, a na pestycydy wydaje się rocznie 100 miliardów dolarów. To z kolei szkodzi pożytecznym gatunkom, takim jak pszczoły, a także szerszemu środowisku.

Ponieważ chrząszcze mogą wydobywać płyn z suchych ziaren przy zaledwie 1-2% dostępnej wody, opracowanie sposobów na wyciszenie ich genetycznej zdolności do wchłaniania wilgoci i innych źródeł nawodnienia może sprawić, że te środowiska nie będą dla nich zamieszkałe.

Owady są szczególnie wrażliwe na zmiany w bilansie wodnym. W związku z tym wiedza ta może zostać wykorzystana do opracowania bardziej ukierunkowanych metod zwalczania gatunków chrząszczy, które niszczą naszą produkcję żywności, bez zabijania innych zwierząt lub szkodzenia ludziom i przyrodzie. Teraz dokładnie rozumiemy, które geny, komórki i molekuły biorą udział w przeżywalności chrząszcza. Będziemy mogli opracować insektycydy ukierunkowane na tę funkcję.

— powiedział Halberg

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Science.

➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!

źródło: Wydział Nauk Uniwersytetu w Kopenhadze | EurekAlert! | New Atlas
zdjęcie wykorzystane w nagłówku wpisu pochodzi z Depositphotos