Российские учёные выяснили, как эволюционное уменьшение насекомых влияет на их органы

3D-модель паразитического наездника Megaphragma mymaripenne — одного из самых мелких в мире представителей насекомых.
Иллюстрация Алексея Полилова.

Учёные биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова изучили, как органы микроскопических насекомых изменяют свои размеры в процессе миниатюризации — уменьшения размеров тела насекомых в ходе эволюции. Принципы и закономерности миниатюризации, которые специалисты выявляют на животных, в перспективе могут применяться в биотехнологии и робототехнике.

"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. Их размер составляет доли миллиметра, и невооружённым глазом их увидеть очень трудно. Эти насекомые появились сотни миллионов лет назад, всё это время они эволюционировали, и этот процесс продолжается.

Микронасекомые окружают человека: они летают в городе, парках, горах и лесах, хотя в южных широтах и тропиках их намного 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 объём данных, который они получили за последние десять лет изучения строения крошечных насекомых. Учёные построили 30 полных и 26 частичных трёхмерных компьютерных реконструкций для 22 видов насекомых из 11 семейств, принадлежащих к пяти отрядам (щетинохвостки, сеноеды, трипсы, жесткокрылые и перепончатокрылые). Исследовались насекомые разных размеров: объём их тел различался более чем в 150 тысяч раз. На основании этих моделей биологи проанализировали относительные объёмы 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 объём, несмотря на многократные уменьшения размеров", — отмечает Полилов.

Учёные 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 объёма 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 меняются непропорционально. Таким образом, мы показали, что конструкция насекомых лучше переносит масштабирование, особенно уменьшение размеров тела", — пояснил учёный.

В дальнейшем исследователи планируют расширить круг изучаемых объектов за счёт привлечения насекомых из разных отрядов: коллембол, клещей и других членистоногих.

Авторы представили свою работу в журнале Scientific Reports.

Напомним, что ранее учёные открыли сходные эволюционные изменения у многих видов насекомых. Тем временем дрозофилы с древним геном опровергли одну из классических теорий эволюции

Сегодня

Юбилейные два колеса

Юбилейные два колеса

11 часов назад