Ezek a lepkék mérgezésre fejlődtek. Hogy történhetett ez?

A tudósok megfejtették a génmutációk szekvenciáját, amelyek lehetővé tették az uralkodó pillangó számára, hogy mérgező tejfűn boldoguljon.

mérgezésre

Az uralkodó pillangó hernyója csak tejet, egy mérgező növényt eszik, amelynek meg kell ölnie. A hernyók gyarapodnak a növényen, sőt mérgeit testükben tárolják védekezésül az éhes madarak ellen.

Évtizedek óta a tudósok csodálkoztak ezen az adaptáción. Csütörtökön egy kutatócsoport bejelentette, hogy pontosan meghatározták az ahhoz vezető evolúciós lépéseket.

Csak három genetikai mutációra volt szükség ahhoz, hogy a lepkék sebezhetővé váljanak rezisztensekké - írták a kutatók a Nature folyóiratban. Ezeket a mutációkat be tudták vinni a gyümölcslegyekbe, és hirtelen tejet is ettek.

A biológusok körutazásként értékelték, amely génszerkesztési technológiát alkalmazva egyes fajokban kialakuló mutációk sorozatát feloldja, majd egy másikban teszteli.

"Az arany standard a szervezet mutációinak közvetlen tesztelése" - mondta Joseph W. Thornton, a Chicagói Egyetem evolúciós biológusa. Az új tanulmány „végül megemeli a normáinkat”.

A rovarok több mint 400 millió évvel ezelőtt kezdtek étkezni a növényeken, felpörgetve számos botanikai védekezés, beleértve a kemény vegyi anyagokat is. Bizonyos növények, köztük a tejfű, különösen csúnya toxinokat termelnek, amelyeket szívglikozidokként ismernek.

A megfelelő adag megállíthatja a dobogó szívet vagy megzavarhatja az idegrendszert. Több ezer éve az afrikai vadászok ezeket a mérgeket a nyilak hegyére tették. Agatha Christie egy gyilkossági rejtélyt írt, amely a szívglikozidokat termelő róka kesztyűt tartalmazta.

A méreganyagok úgynevezett nátrium-szivattyúkat gyűjtenek fel, amelyek az összes állati sejt alapvető eleme. "Ez egy nagyon sebezhető pont, és a növények megcélozták" - mondta Susanne Dobler, a németországi Hamburg Egyetem molekuláris biológusa.

Ezek a szivattyúk pozitív töltésű nátrium atomokat mozgatnak ki a sejtekből, belső terük negatív töltést adva. A szívsejteknek nátrium-szivattyúkra van szükségük ahhoz, hogy elegendő elektromos töltést építsenek ki a szívverés leadásához. Az idegek a szivattyúk segítségével jeleket generálnak az agy felé. Ha a szivattyúk meghibásodnak, akkor ezek a funkciók leállnak.

A veszélyek ellenére az uralkodói hernyók teljesen függenek a mérgező tejfajtól. A nőstények petéiket a növényekre rakják, a hernyók pedig annyit esznek, mielőtt krizálist képeznének.

Ahogy felnőttekké fejlődnek, a bábok tejbetoxint szállítanak belükből új szárnyaikba. Miután kijöttek a krizáliból, az uralkodók repülő mérgekké válnak. A rovarokat megenni próbáló madarak vissza hányják őket.

Annak megértése érdekében, hogy az uralkodók hogyan alakították ezt az alkalmazkodást, Dr. Dobler és munkatársai kihasználták azt a tényt, hogy más rovarfajok is ellenállást fejlesztettek ki a szívglikozidokkal szemben. Páran még tejet is fogyasztanak.

A kutatók összehasonlították azokat a géneket, amelyek a nátriumszivattyú tervrajzaként szolgálnak méregrezisztens fajokban, például a tejbogár és a tejfű poloska. Kiderült, hogy e fajok többsége ugyanazt a három mutációt nyert.

De a mutációk nem egyszerre jelentek meg. Ehelyett egymás után keletkeztek.

Az uralkodók megosztják az egyik mutációt egy rokon pillangóval, amely nem eszik tejet, és egy második mutációt egy közeli rokonnal, aki tejfűet fogyaszt, de a szívglikozidokat nem tárolja szárnyaiban. A harmadik mutáció egy újabb keletű ősnél keletkezett.

Ezeknek a mutációknak a megszerzése fokozatosan megváltoztatta az uralkodók sejtjeiben lévő nátrium-szivattyúkat, Dr. Dobler gyanította, hogy a szívglikozidok nem tudják megzavarni őket. Amint a pillangók ellenállóbbá váltak, új táplálékot élvezhettek, amelyet a legtöbb rovar nem érintett.

Noah Whiteman, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem evolúciós biológusa vezette az erőfeszítéseket, hogy teszteljék ezt a hipotézist. "Ez a három mutáció lehet az, ami kinyitotta az ajtót" a pillangók számára - mondta.

Kollégáival kitalálta, hogyan lehet felhasználni a Crispr-t, a génszerkesztő technológiát a mutációk bejuttatására a gyümölcslegyekbe. A legyek rothadó gyümölcsökön maradnak életben, és még egy kis adag szívglikozid is halálos lehet számukra.

A kutatók azzal kezdték, hogy a legyeknek adták az első mutációt, amely az uralkodók őseiben jelentkezett. Az ezt a mutációt hordozó lárvák alacsony kardiális glikozidszintekkel ellátott élesztő étrenden maradtak életben.

A második mutáció lehetővé tette, hogy a legyek még több méreganyagnak ellenálljanak, a harmadik pedig teljesen ellenállóvá tette őket. Mindhárom mutáció mellett a legyek még aszalt tejfűport is ettek.

A harmadik mutációnak újabb feltűnő hatása volt. Amikor a génnel rendelkező legyek felnőttekké fejlődtek, testük alacsony szívglikozid-szintet hordozott, ami hasznos volt a ragadozás elleni védekezésben.