Pentru majoritatea dintre noi, trecerea la o dietă vegetariană poate fi o chestiune de rezoluție de Anul Nou și o cantitate echitabilă de voință, dar pentru o întreagă specie este un proces mult mai complicat: atât de complicat încât biologii evoluționisti au avut dificultăți înțelegându-l mult timp.

trec

Cercetătorii de la Universitatea din Arizona (Tucson, SUA) au aruncat o privire în spatele cortinei evoluției pentru a afla ce se întâmplă atunci când o specie de insectă își schimbă drastic modul de viață. Procesele pe care le-au descoperit implică o remodelare nevăzută până acum în gene, comportamente și dietă. Rezultatele, publicate în Proceedings of the National Academy of Science (PNAS), sunt de natură să te facă să meditezi la întrebări evolutive data viitoare când vei găsi o muscă de fructe plutind în paharul tău de vin.

Speciile de insecte erbivore reprezintă jumătate din toate speciile de insecte cunoscute, dar trecerea de la o dietă non-plantă la una erbivoră a avut loc doar în o treime din ordinele de insecte vii. Această discrepanță i-a nedumerit pe biologi de mult timp.

„Acest lucru implică faptul că tranziția la dieta erbivoră s-a întâmplat rar, dar când a avut loc, s-a dovedit a fi un mare impuls de speciație, provocând evoluția unui număr disproporționat de specii din acel grup”, explică el în Benjamin Goldman. Huertas, cercetător în cadrul Departamentului de Ecologie și Biologie Evolutivă din UA și autor principal al articolului.

Unul dintre răspunsurile posibile este că plantele sunt foarte greu de colonizat, spune Noah Whiteman, profesor asistent de ecologie și biologie evolutivă și coautor al studiului. Pentru a se proteja de prădători, plantele au dezvoltat un arsenal de mijloace de apărare, cum ar fi spini, o „piele” exterioară dură sau compuși care fac țesuturile lor indigestibile, neplăcute sau chiar letale toxice pentru insectele care încearcă să se hrănească cu ele.

„Majoritatea insectelor care mănâncă plante sunt paraziți”, explică Whiteman. Nu sunt ca elefanții care colindă savana și smulg frunzele ici și colo. Insectele au dezvoltat modalități de a depăși aceste apărări, dar cu prețul de a deveni extrem de specializate. Multe specii de insecte erbivore sunt extrem de specializate, până la punctul în care animalele tind să-și petreacă întregul ciclu de viață pe plantele gazdă.

„Trecerea de la hrănirea cu microbi, carnea în descompunere sau alte insecte la concentrarea asupra plantelor necesită ca insectele să găsească o modalitate de abordare a plantelor, depunerea ouălor și păstrarea larvelor în viață în ele. Am vrut să testăm ipoteza că această tranziție necesită schimbări drastice de comportament, care la rândul lor necesită remodelarea proceselor genetice și neurologice care stau la baza acestor comportamente ».

Pentru a găsi răspunsuri, autorii au studiat speciile de muște Scaptomyza flava, o rudă apropiată a muștei fructelor, Drosophila melanogaster. Spre deosebire de verii lor, care sunt adesea văzuți planând în căutarea fructelor învechite, muștele Scaptomyza nu așteaptă atât de mult.

Femelele vânează plante sănătoase din familia muștarului, găuresc mici găuri în frunze, beau sucul de plante care se scurge prin ele și își depun ouăle pe frunze. La eclozare, larvele își mestecă drumul printre frunze, făcând tuneluri mici pe măsură ce trec, și uneori chiar ucid planta.

Pentru a studia muștele mai în detaliu, Goldman-Huertas a colaborat cu cercetători din grupul lui John Hildebrand, de la Departamentul de Neuroștiințe al UA, ceea ce le-a permis să măsoare răspunsurile electrice generate în antenele insectelor de către receptorii lor olfactivi, prin introducerea animalelor în diferite parfumuri.

„Este ca și cum ai obține înregistrări ale populației de celule receptoare din nas”, explică Hildebrand. „Căutăm semnale electrice care indică faptul că celulele receptoare din antene au recunoscut și au răspuns la un anumit stimul mirositor. Dacă nu vedem un semnal, înseamnă că antena nu răspunde la acel compus. "

Aceste teste neurologice, combinate cu observații comportamentale, au arătat că mirosul de drojdie, care prosperă pe fructele putrede și este un mare atractiv pentru Drosophila, lasă Scaptomyza să zboare rece. Dimpotrivă, „este foarte sensibil la compusul responsabil pentru mirosul ierbii tăiate proaspete, care este comun la plantele cu frunze”, spune Whiteman.

Goldman-Huertas a emis ipoteza că genele olfactive implicate în adulmecarea drojdiei nu trebuie să se afle deja în Scaptomyza și, de fapt, nu le-au putut găsi pe multe dintre populațiile pe care le-au analizat.

Potrivit lui Whiteman, preferința muștelor pentru compușii asociați cu drojdia și fermentația alcoolică este considerată o stare mai ancestrală decât preferința Scaptomyza pentru plantele proaspete. „Speciile de muște de fructe care plutesc în paharul de vin reprezintă de fapt 100 de milioane de ani de evoluție, deoarece mecanismele senzoriale sunt păstrate la speciile atrase de vin”, adaugă el.

Baza genetică

Pentru a studia bazele genetice ale preferințelor alimentare cu muștele, cercetătorii au profitat de rudenia apropiată a lui Scaptomyza cu D. melanogaster, al cărui sistem olfactiv este cel mai studiat dintre toate animalele.

„Scaptomyza este un model foarte util pentru a studia bazele genetice, deoarece, pe de o parte, este strâns legat de D. melanogaster, dar, pe de altă parte, a divergut evolutiv”, subliniază Whiteman. „La aceste muște, erbivorul a evoluat cel mult în ultimii 20 de milioane de ani. Modificările sunt destul de recente încât să le putem detecta și compara cu speciile lor surori neerbivore, cum ar fi D. melanogaster «.

„Dar pierderea comportamentelor nu te face să treci la noi moduri de a mânca, deci au fost nevoiți să dobândească și noi comportamente”, clarifică el.

De fapt, echipa a descoperit un grup de gene ale receptorilor olfactivi care au suferit o cantitate disproporționată de modificări ale secvenței. „Acest lucru sugerează că evoluția darwiniană a schimbat funcția acestor gene”, spune Whiteman.

„Înțelegerea modului în care pot avea loc aceste schimbări ecologice poate avea uriașe consecințe economice și asupra sănătății”, spune Goldman-Huertas. "Scaptomyza flava este un dăunător emergent care afectează rapița în Europa și plantele de muștar din Noua Zeelandă".

Sau uitați-vă la țânțarii Anopheles care transmit malaria. Cum au început să se hrănească cu oameni? Sau în gândacul de cartofi, care inițial se hrănea cu alte plante din familie. Cum a avut loc această schimbare? Modul în care își iau deciziile insectele afectează viața, sănătatea și bunăstarea oamenilor ».

Referință bibliografică:

Benjamin Goldman-Huertas, Robert F. Mitchell, Richard T. Lapoint, Cécile P. Faucher, John G. Hildebrand, Noah K. Whiteman. Evoluția erbivorului la Drosophilidae legată de pierderea comportamentelor, răspunsurile antene, receptorii mirositori și dieta ancestrală. Proceedings of the National Academy of Sciences (2015). DOI: 10.1073/pnas.1424656112