Исследование: как биохимическая лаборатория помогла жукам завоевать Землю
Жуки — яркий пример эволюционного успеха: известно около 400 000 видов, что составляет четверть всех описанных форм жизни, а сотни тысяч видов еще предстоит открыть.
Но почему жуков так много? Одна из теорий гласит, что они получили преимущество благодаря развитию надкрылий — твердых щитовидных образований, которые защищают крылья. Так они смогли освоить много экологических ниш, недоступных иным насекомым. Другая гипотеза предполагает совместную эволюцию жуков и цветковых растений. По мере того, как эти растения становились более разнообразными, то же самое происходило и с жуками, питающимися ими.
Однако обе эти теории не объясняют происхождения самой большой группы жуков — стафилинов (Staphylinidae). Это огромное семейство, насчитывающее более 66 000 видов, — не просто самая большая группа жуков, но и вообще самая большая семья во всем царстве животных. Стафилины отказались от прочных защитных надкрылий и в основном ведут хищный образ жизни, а не питаются растениями. Тем не менее, они молниеносно распространились по всей биосфере Земли, освоив за последние 200 млн лет буквально каждую мыслимую наземную нишу.
Ученые Калифорнийского технологического института считают, что все дело в эволюции двух типов клеток, образующих железу химической защиты внутри тела этих жуков, пишет Phys.org.
В 2021 году исследователи изучали железу под названием «тергальная железа», расположенную на кончике гибкого брюшка этих жуков. Тергальная железа состоит из двух уникальных типов клеток: одни клетки производят токсичные соединения, называемые бензохинонами, а другие — жидкую смесь, в которой они растворяются, образуя мощный коктейль, которым жук обрызгивает хищников.
В новой работе ученые проанализировали гены, экспрессируемые двумя типами клеток железы. Это позволило им обнаружить древний генетический набор инструментов, который развился более 100 млн лет назад и снабдил этих насекомых мощной химической защитой.
Сталифины используют механизм секреции токсинов, который поразительно похож на то, как растения контролируют выделение химических соединений, отпугивающих травоядных животных. Жуки связывают токсин с молекулой сахара, делая ее неактивной, а затем отделяют токсин от сахара только тогда, когда химическое вещество безопасно секретируется за пределы собственных клеток жука. То есть эти насекомые используют почти тот же клеточный механизм, что и растения, чтобы не отравлять себя своими собственными вредными химикатами.
Изучая химические составы у разных видов жуков-стафилинов, исследователи обнаружили удивительную вещь. Сами два типа клеток, образующие железу, практически не изменились. Однако вырабатываемые ими химические вещества сильно варьировались, позволяя жукам адаптироваться к разным экологическим нишам. Фактически, железу можно рассматривать как своего рода химическую лабораторию, в которой тот или иной вид жуков может синтезировать необходимые соединения для выживания в новых условиях обитания.
Например, одна группа стафилин, перешедшая на питание клещами, приспособила железу для выделения клещевых половых феромонов. Другая группа обитает внутри колоний муравьев и вырабатывает вещества, успокаивающие обычно агрессивных рабочих муравьев. Это позволяет жукам жить в симбиозе с муравьями, а иногда даже охотиться на них.
Родственные линии жуков-стафилинидов, у которых отсутствует железа, не имели такого же эволюционного разнообразия, насчитывая всего от десятков до сотен видов.
Ранее шотландские ученые выяснили, что уровень интеллекта шмелей оказался значительно выше, чем считалось ранее. Этот вид насекомых может логически мыслить.
