Chrząszcze piją... drugą stroną
Wszystkie formy życia na Ziemi zależą od wody, w tym także my. Niektórzy z nas spożywają wodę w tradycyjny sposób, pijąc ją ustami, inni w bardziej kreatywny sposób.
Chrząszcze potrafią się nawodnić, otwierając swoje odbyty i pijąc śladowe ilości wody unoszącej się w powietrzu.
Mogą również ponownie przyswoić wodę ze swoich odchodów, a ich odbyty zadziwiająco sprawnie wyciskają z nich wilgoć.
Dzięki swoim wyspecjalizowanym zdolnościom odbytniczym, chrząszcze mogą przetrwać w najbardziej suchych regionach na Ziemi, w tym również w mące i ziarnach w twojej spiżarni.
Wiedzieliśmy o tym unikalnym podejściu do spożywania wody od ponad wieku, ale teraz nowe badania wyjaśniają jeden ze sposobów, w jaki chrząszcze to osiągają.
"Chrząszcz może przejść przez cały cykl życia, nie pijąc płynnej wody. Wynika to z ich zmodyfikowanego odbytu i ściśle przylegających nerek, które razem tworzą wielonarządowy system wyspecjalizowany w ekstrakcji wody z jedzenia, które spożywają, oraz z powietrza wokół nich," wyjaśnia biolog Kenneth Veland Halberg z Uniwersytetu Kopenhaskiego w Danii.
"W rzeczywistości dzieje się to tak skutecznie, że badane przez nas próbki kału były całkowicie suche i bez śladu wody."
Halberg i jego zespół z Uniwersytetu Kopenhaskiego współpracowali z badaczami z Uniwersytetów Edynburskiego i Glasgow w Wielkiej Brytanii, aby rzucić światło na ewolucję mechanizmów recyklingu wody i oszczędzania wody u owadów.
Czerwony żuk mączny (Tribolium castaneum) jest często używany do badania owadów, ponieważ jego biologia jest podobna do innych owadów, jego genom jest dobrze sekwencjonowany, a dostęp do niego jest łatwy jako codzienny szkodnik kuchenny. Badacze użyli sekwencjonowania RNA, aby stworzyć atlas o nazwie - zgadliście - BeetleAtlas, przedstawiający etapy rozwoju T. castaneum, dzięki czemu mogli porównać ekspresję genów między różnymi organami i w różnych momentach ich życia.
Szukając w BeetleAtlasie genów, które były bardziej ekspresowane w odbycie, badacze skupili się na jednym z nich, zwanym NHA1.
"Odkryty przez nas gen jest kluczowy dla tego procesu, co stanowi dla nas nową wiedzę," mówi Halberg.
Halberg i jego zespół odkryli, że białko o nazwie Tiptop kontroluje ilość wytwarzanego NHA1, a także pomaga wytwarzać komórki leptophragmata, unikalną grupę komórek występujących głównie w kompleksie odbytniczym żuka.
Tylko komórki leptophragmata wyrażają NHA1, a dokładniejsze badania wykazały, że te komórki odgrywają kluczową rolę w zdolności żuka do pobierania wody przez jego tylną część.
"Jako że nerki żuka otaczają jego jelito grube, komórki leptophragmata działają przez pompowanie soli do nerek, dzięki czemu mogą zbierać wodę z wilgotnego powietrza przez swoje odbyty, a stąd do ich ciał," wyjaśnia Halberg.
Zespół wykazał, że ekspresja NHA1 wzrastała w odbytach chrząszczy, gdy zwierzęta były wystawione na bardziej suche warunki, co pozwalało im na wchłanianie większej ilości wody z otoczenia i ich odchodów.
Co więcej, gdy funkcjonalność NHA1 została wyłączona w laboratorium, chrząszcze traciły więcej wody przez wydzielanie, co utrudniało im przetrwanie w suchych warunkach i dowodziło, że NHA1 jest ważne dla transportu wody z odbytu do ich ciała.
Chociaż te odkrycia pomagają nam lepiej zrozumieć chrząszcze, mogą również służyć praktycznym celom.
Każdego roku z powodu szkodników owadzych traci się tysiące ton żywności, a wpływ na bezpieczeństwo żywnościowe krajów rozwijających się jest szczególnie dotkliwy. Dlatego znajdowanie sposobów na złagodzenie szkód wyrządzanych przez chrząszcze jest niezbędne, ale wiele chrząszczy i innych owadów ma kluczowe znaczenie dla naszego świata, więc musimy je chronić.
"Owady są szczególnie wrażliwe na zmiany w bilansie wodnym," mówi Halberg. "Wiedza ta może być wykorzystana do opracowania bardziej ukierunkowanych metod zwalczania gatunków chrząszczy, które niszczą naszą produkcję żywności, bez zabijania innych zwierząt ani szkodzenia ludziom i przyrodzie."
Aby ułatwić przyszłe badania, autorzy udostępnili BeetleAtlas innym naukowcom. Ekspresja ponad 16 500 genów w genomie Tribolium może być teraz łatwo porównywana dzięki ich sekwencjonowaniu RNA obejmującemu stadium embrionalne, larwalne i dorosłe.
pnas.org