Перші докази фотосинтезу у комах

Попелиці

Біологія попелиці дивовижна: самиці можуть народжуватись вагітними, а у самців може не бути рота, внаслідок чого вони вмирають невдовзі після спарювання. До цього списку аномалій можна додати і нещодавнє дослідження, яке показало, що попелиці можуть також вловлювати сонячне світло і використовувати отриману енергію в цілях метаболізму.

Попелиця унікальна серед тварин завдяки здатності синтезувати пігменти під назвою «каротиноїди». Багато істот використовують їх у різних цілях, таких як підтримка здоров'я імунної системи і синтез деяких вітамінів, але всі тварини, за винятком попелиці, змушені отримувати каротиноїди з їжі. Ентомолог Алан Робішон (Alain Robichon) з Софійського агробіотехнологічного інституту в Софії Антиполіс (Франція) і його колеги вважають, що у попелиці цей пігмент може також поглинати енергію сонця і передавати її в клітинні структури, які відповідають за виробництво енергії.

В той час як це явище не має прецедентів серед тварин, воно є абсолютно буденним в інших царствах живих організмів. Рослини та водорості, а також деякі гриби і бактерії також синтезують каротиноїди, і у всіх цих організмів пігменти являються частиною механізму фотосинтезу.

Ґрунтуючись на відкритті, зробленому в 2010 році, за яким високий рівень каротиноїдів, виявлений у попелиці, явище власного походження, Робішон і його колеги вирішили з'ясувати, для чого ці комахи виробляють такі складні з точки зору метаболічних процесів хімічні речовини.

Каротиноїди відповідають за пігментацію попелиць, а колір комах визначає, які саме хижаки можуть їх бачити. На колір тіла лабораторної попелиці в дослідженні Робішона впливали умови навколишнього середовища: низькі температури сприяли появі зеленого забарвлення попелиці, за оптимальних умов пігментація ставала помаранчевою, а в умовах обмежених ресурсів великі популяції попелиці ставали білими.

Коли дослідники виміряли у попелиць рівень АТФ – показник передачі енергії у всіх живих істот – результати були вражаючими. Зелена попелиця з високим рівнем каротиноїдів виробляла значно більше АТФ, ніж біла, практично позбавлена цього пігменту. Більше того, рівень АТФ зростав, коли помаранчеві комахи, які містять середній рівень каротиноїдів, поміщались під світло, і знижувався при переміщенні комах в темряву.

Вчені препарували помаранчеву попелицю і очистили від каротиноїдів, щоб упевнитись, що саме ці фрагменти пігменту могли вбирати світло і стали причиною додаткового виробництва енергії.

Ентомолог із Софійського інституту Марія Каповілла (Maria Capovilla), яка також входить до групи дослідників, наголошує, що необхідно виконати ще багато роботи до того, як вчені зможуть упевнитись, що попелиця дійсно демонструє процеси фотосинтезу, але результати нинішнього дослідження чітко вказують на таку можливість.

Спосіб розташування молекул каротину у попелиці доводить цю гіпотезу. Пігменти формують шар товщиною від 0 до 40 мікрометрів глибоко в кутикулі комахи, що є чудовим місцем розташування для уловлювання сонячного світла.

Ненсі Моран (Nancy Moran), генетик комах в Єльському університеті (США), – автор оригінального дослідження про наявність генів для продукування каротиноїдів у попелиць, вказує на ряд питань, які залишились відкритими. «Судячи з усього, виробництво енергії – найменша проблема попелиць; їх дієта і без того перевантажена цукром, більшу частину якого комахи не можуть використовувати», – стверджує вона.

Цей факт піднімає питання, для чого попелиці потрібен фотосинтез. Марія Каповілла вважає, що енергетичний резерв допомагає комахам під час екологічного стресу, наприклад, в ході міграції до нової рослини-хазяїна.

X

Вхід

Завантажую...