Российские ученые выяснили, как эволюционное уменьшение насекомых влияет на их органы
3D модель Megaphragma mymaripenne — одного из самых мелких в мире представителей насекомых.
© Алексей Полилов
Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова изучили, как органы микроскопических насекомых изменяются по мере уменьшения размеров тела насекомых в ходе эволюции. Выявленные принципы и закономерности в перспективе могут применяться в биотехнологии и робототехнике. Исследователи представили свою работу в журнале Scientific reports.
«Идея работы была в том, чтобы оценить, как разные органы насекомых переносят изменения размеров тела. Мы сфокусировали свое внимание на миниатюризации — эволюционном уменьшении тела до предельно малых размеров. Мы хотели узнать, что происходит с конструкцией органов при уменьшении размеров тела насекомых от одного сантиметра до десятых долей миллиметра, чтобы понять, что в организме насекомого остается прежним, а что изменяется», — рассказал автор статьи, доктор биологических наук Алексей Полилов.
Миниатюризация, или уменьшение размеров тела, — это одно из основных направлений эволюции насекомых, в результате которого они становятся размером с одноклеточные организмы. Одни из мельчайших насекомых — это жуки перокрылки и перепончатокрылые мимариды. Из размер составляет доли миллиметра, и невооруженным глазом их увидеть очень трудно. Эти насекомые появились сотни миллионов лет назад, все это время они эволюционировали, и этот процесс продолжается до сих пор.
Микронасекомые окружают человека: они летают в городе, парках, горах и лесах. Они есть в Москве, хотя в южных широтах и тропиках их больше. Эти насекомые имеют специфические крылья, которые представляют собой не пластинку, как, например, у стрекоз, а жилку со щетинками по краям, похожую на перо.
Биологи проанализировали большой объем данных за последние десять лет. Ученые построили 30 полных и 26 частичных трехмерных компьютерных реконструкций для 22 видов насекомых из 11 семейств, принадлежащих к пяти отрядам (щетинохвостки, сеноеды, трипсы, жесткокрылые и перепончатокрылые). Исследовались насекомые разных размеров: объем их тел различался более чем в 150 000 раз. На основании этих моделей биологи проанализировали относительные объемы органов насекомых.
«Мы показали, что большинство систем органов насекомых демонстрирует колоссальные возможности к масштабированию, сохраняя неизменные пропорции при многократных изменениях размеров тела. Системы органов сохраняют организацию, а некоторые — даже неизменный относительный объем, несмотря на многократные уменьшения размеров», — сказал Алексей Полилов.
Ученые выяснили, что даже у мельчайших насекомых метаболические системы, ткани внутренней среды и трахейная система уменьшаются пропорционально уменьшению размеров тела. А половая и нервная системы, наоборот, демонстрируют многократное увеличение относительного объема при уменьшении размеров тела.
«Видимо, именно эти системы ограничивают минимальные размеры тела насекомых. При сравнении наших результатов с литературными данными по позвоночным животным удалось показать, что при тех же масштабах изменения размеров тела большинство органов позвоночных меняется непропорционально. Таким образом, мы показали, что конструкция насекомых лучше переносит масштабирование, особенно уменьшение размеров тела», — пояснил ученый.
В дальнейшем исследователи планируют расширить круг изучаемых объектов за счет привлечения насекомых из разных отрядов: коллембол, клещей и других членистоногих.
Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram.