Насекомые, зависимые от температуры окружающей среды (холоднокровные), обычно применяют пассивные методы зимовки. Они зарываются в почву, впадают в спячку или накапливают специальные защитные вещества, позволяющие замерзнуть, остановив внутренние процессы.
Нарушение правил природы
Снежные мухи ломают стереотипы! В мороз они свободно перемещаются по снегу, активно двигаясь даже при минусовых температурах. Раньше было непонятно, как эти крошечные насекомые сохраняют подвижность и защищают жидкости тела от замерзания.
Генетический ключ к выживанию
Ученые полностью расшифровали геном Chionea alexandriana. Они сравнивали его с ДНК различных насекомых, включая выносливого антарктического комара и обыкновенных дрозофил. Затем исследователи проверили умение самих мух генерировать тепло. Насекомых прикрепляли к охлаждающей пластине, вводили микротермопары в грудь и быстро понижали температуру до экстремальных минусовых значений. Для сравнения использовали сверчков и неживых мух.
Генетический щит и согревающий механизм
Параллельно ученые исследовали гены снежной мухи на модельных объектах. Они внедрили один ген, кодирующий уникальный белковый антифриз (CaAFP-1), в ДНК дрозофил, а затем подвергли их личинки жесткой заморозке. В другом опыте изучали культуру клеток, содержащих рецептор TRPA1 (ответственный за чувствительность к раздражителям и болевые сигналы у насекомых). Используя метод локальной фиксации потенциала, исследователи зафиксировали реакцию TRPA1 на перекись водорода, главный побочный продукт клеточного стресса при холоде.
Внутренняя печка насекомых
Изучение генома установило у снежной мухи значительное увеличение числа генов, управляющих расщеплением жиров в важных клеточных органеллах (митохондриях и пероксисомах). Реальный эксперимент подтвердил эту находку. При резком охлаждении живые особи Chionea кратковременно, но ощутимо (примерно на градус) поднимали температуру тела, удерживая этот эффект минутами. Сверчки и неживые мухи такой способностью не обладали, просто остывая вместе с поверхностью.
Комплексная морозоустойчивость
Исследователи считают, что мухи согреваются благодаря активной работе митохондрий, расходующих жировые резервы. Даже скромный нагрев дает драгоценное время, позволяя насекомому избежать внутреннего обледенения и быстро укрыться под снегом при внезапном похолодании. Четыре вида собственных белков-антифризов образуют крепкую защиту от кристаллов льда. Эксперимент с дрозофилами показал мощь CaAFP-1: выживаемость устойчивых к холоду личинок после пересадки этого гена возросла более чем в четыре раза.
Приглушенная боль ради выживания
Важна и адаптация к побочным эффектам холодового стресса. Высокая активность митохондрий создает обилие агрессивных радикалов, включая перекись водорода. У других насекомых они резко активируют болевой рецептор TRPA1. Однако измерения показали замечательный факт: рецептор TRPA1 у зимних летуний в 35 раз менее восприимчив к перекиси, чем у обычных дрозофил.
Победа в экстремальном холоде требует сложной, скоординированной перестройки всего организма на молекулярном уровне. Снежные мухи чудесно демонстрируют, что микроскопические создания способны активно противостоять морозу. Их формула успеха: комбо-подход теплота от метаболизма + химическая антифризная защита + адаптация сенсорных систем.
Источник: naked-science.ru
