مطالعه مگس‌های میوه سرنخ‌هایی برای بقای حشرات در دنیای گرم‌تر و خشک‌تر ارائه می‌دهد

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

محققان موسسه فرانسیس کریک یک سد لیپیدی تخصصی را در شفیره مگس میوه شناسایی کرده اند که از کم آبی در محیط های خشک و گرم محافظت می کند. یافته‌های آن‌ها همچنین محدودیت‌های سد لیپیدی را نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که حشرات در برخی از مناطق جهان ممکن است برای سازگاری با تغییرات آب و هوایی تلاش کنند.

مگس میوه یا مگس سرکه به طور گسترده ای در تحقیقات مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند بینشی در مورد نحوه محافظت حشرات از خود در برابر استرس های محیطی ارائه دهد. مگس سرکه روزهای اولیه خود را به عنوان لارو در یک محیط مرطوب می گذراند و در میوه های در حال تجزیه تغذیه می کند و حفر می کند. سپس به مکان خشک تری می خزد و تبدیل به شفیره ای بی حرکت می شود. شفیره از طریق دگرگونی پیچیده ای به نام دگردیسی به یک مگس بالغ تبدیل می شود.

مراحل شفیرگی و بالغ حشرات مانند مگس سرکه محیط های خشک را اشغال می کنند و بنابراین به ویژه در برابر کم آبی آسیب پذیر هستند. برای جلوگیری از این امر، مگس میوه بالغ با مانعی از چربی (چربی) پوشانده شده است: یک پوشش آبگریز که از مولکول های هیدروکربنی طولانی ساخته شده است که از دست دادن آب جلوگیری می کند. تا پیش از این، محققان نمی‌دانستند که شفیره چگونه از کم‌آبی بدن خود محافظت می‌کند یا چه نوع سد هیدروکربنی ممکن است داشته باشد.

از آنجایی که بسیاری از هیدروکربن‌های شناخته شده در مگس سرکه شبیه به هیدروکربن‌های موجود در نفت خام هستند، تیم کریک آنها را با اقتباس از روش‌های صنعت نفت و با استفاده از تصویربرداری مولکولی پیشرفته مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. این یافته‌ها که در Science Advances منتشر شد، یک شگفتی را نشان داد: شفیره هیچ هیدروکربنی روی سطح بدنه بیرونی بدن خود (کوتیکول) ندارد، در حالی که انسان بالغ آن‌ها را به وفور دارد. در عوض، سد لیپیدی شفیره داخلی است و سطح زیرین کوتیکول را می‌پوشاند و از هیدروکربن‌های بسیار طولانی‌تر از جنس بالغ تشکیل شده است.

سپس، تیم منشاء هیدروکربن‌های بسیار طولانی را ردیابی کردند و دریافتند که این هیدروکربن‌ها از قبل توسط سلول‌های تخصصی لارو ساخته شده‌اند و سپس تا زمانی که در ذخیره‌ی چربی لارو مورد نیاز باشند ذخیره می‌شوند. محققان فکر می‌کنند که این استراتژی پیش‌بینی‌کننده ممکن است به هیدروکربن‌های بسیار طولانی اجازه دهد تا در طول انتقال سریع از لارو به شفیره، خیلی سریع در قسمت زیرین کوتیکول مستقر شوند.

این تیم با بررسی بیان ژن‌های دخیل در تولید هیدروکربن‌ها، آنزیم الانگاز خاصی را شناسایی کردند که هیدروکربن‌های بسیار طولانی می‌سازد. با این حال، حذف این آنزیم در شرایط آزمایشگاهی استاندارد تأثیر زیادی نداشت، و نشان می‌دهد که سایر آنزیم‌های الانگاز نیز در تولید هیدروکربن‌های بسیار طولانی نقش دارند.

سپس محققان شرایط دمای بالا و رطوبت کم، مشابه برخی از اقلیم های نیمه گرمسیری و مدیترانه ای را بازسازی کردند. قرار گرفتن شفیره در این محیط به طور قابل توجهی محتوای آب آن را کاهش داد، اما، بدون آنزیم الانگاز بیش از حد طولانی، کم آبی تقریبا دو برابر شد و به سطحی ناسازگار با بقا رسید.

هیدروکربن های سد لیپیدی نیز به عنوان فرمون های جنسی عمل می کنند، سیگنال های شیمیایی موجود در هوا که مگس ها از آنها به عنوان نشانه های جفت گیری استفاده می کنند. هیدروکربن های بلند به بهترین وجه در برابر کم آبی محافظت می کنند، اما هیدروکربن های کوتاه راحت تر در هوا تبخیر می شوند و به عنوان فرمون های جنسی مناسب تر هستند. بنابراین شفیره‌هایی که هنوز به بلوغ جنسی نرسیده‌اند، هیدروکربن‌های بسیار بلندی می‌سازند تا از هدر رفتن آب جلوگیری کنند، در حالی که مگس‌های بالغ برای ارضای عملکردهای مانع و فرومون، روی یک مصالحه با طول متوسط ​​مستقر شده‌اند.

با این حال، این تیم دریافت که گونه‌ای از مگس‌های میوه بیابانی به نام مگس سرکه مگس سرکه در بزرگسالی به جای تغییر به مگس‌های کوتاه‌تر مانند دیگر گونه‌های مگس سرکه، هیدروکربن‌های بسیار طولانی را در بزرگسالی حفظ می‌کند. در یک محیط بیابانی، یک مانع بهینه برای کم‌آبی بدن ممکن است برای بقا مهم‌تر از فرومون‌های جنسی موجود در هوا باشد. این احتمال وجود دارد که D. mojavensis از سیگنال های جفت گیری دیگر مانند نشانه های تماس یا بصری استفاده کند.

لنا لامپ، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه فیزیولوژی و متابولیسم در کریک و نویسنده اول، گفت: "ما یک آنزیم کلیدی را شناسایی کرده‌ایم که ایجاد یک سد لیپیدی خاص را در شفیره تضمین می‌کند که آن را از هدر رفتن آب در شرایط گرم و خشک محافظت می‌کند. با این حال، مگس سرکه این آنزیم‌ها را برای بقای خود تعریف کرده است."

کلر نیوول، دانشمند اصلی تحقیقات آزمایشگاهی در آزمایشگاه فیزیولوژی و متابولیسم در کریک، دانشمند بازدید کننده در آزمایشگاه ملی فیزیکی (NPL) و نویسنده اول، گفت: "شفیره بی حرکت مرحله ای آسیب پذیر در رشد است، زیرا نمی تواند به سادگی به محیط بسیار گرم دیگری منتقل شود یا اگر خشک شود."

جالب است که لارو برای این چالش قبل از دگردیسی آماده می‌شود و منبعی از هیدروکربن‌های بسیار طولانی می‌سازد. استقبال از تکنیک‌هایی که معمولا در خارج از زیست‌شناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد به ما کمک کرد تا یکی از بسیاری از اسرار پنهان دگردیسی را آشکار کنیم.

الکس گولد، رهبر گروه آزمایشگاه فیزیولوژی و متابولیسم و نویسنده ارشد، گفت: "حشرات برای زندگی روی زمین حیاتی هستند و سه چهارم گونه های محصولات غذایی جهانی را گرده افشانی می کنند. با پس زمینه تغییرات آب و هوایی ناشی از انسان، درک انعطاف پذیری حشرات برای افزایش دمای خشکی بسیار مهم است. گونه های حشرات، از جمله آنهایی که نقش مهمی در زنجیره غذایی ما دارند."

این تحقیق شامل همکاری با تیم متابولومیک و مرکز پرواز در کریک، یان گیلمور در مرکز ملی عالی تصویربرداری طیف‌سنجی جرمی در آزمایشگاه ملی فیزیکی و لی ژائو در آزمایشگاه ژنتیک تکاملی و ژنومیک در دانشگاه راکفلر بود.

لنا لامپ و همکاران، شناسایی یک مانع لیپیدی تخصصی برای دگرگونی مگس سرکه، پیشرفت علم (2026). DOI: 10.1126/sciadv.adw6168. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw6168

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →