Как эволюционная миниатюризация влияет на органы насекомых

Учёные с биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова изучили, как меняются размеры органов микронасекомых в процессе эволюции. Полученные принципы и закономерности миниатюризации у животных могут быть применены в биотехнологии и робототехнике. Результаты проекта представлены в Scientific Reports.

Идея проекта заключалась в оценке реакции различных органов насекомых на изменение размеров тела, с фокусом на миниатюризацию — эволюционное уменьшение до крайне малых размеров. Целью было выяснить, что происходит со структурой органов при уменьшении размеров тела насекомого с одного сантиметра до десятых долей миллиметра.

Миниатюризация (уменьшение размеров тела) — одно из главных направлений эволюции насекомых, в результате которого они могут достигать размеров одноклеточных организмов. Среди самых мелких — представители отрядов Coleoptera и Hymenoptera, семейства Mymaridae (размером в доли миллиметра). Эти насекомые появились сотни миллионов лет назад и эволюционируют до сих пор.

Биологи проанализировали обширные данные, полученные за последние 10 лет. Они создали 30 полных и 26 частичных 3D-компьютерных реконструкций для 22 видов насекомых из 11 семейств, относящихся к пяти отрядам (Thysanura, Psocoptera, Thysanoptera, Coleoptera и Hymenoptera). Объёмы тел изученных насекомых различались более чем в 150 000 раз. На основе этих моделей были проанализированы относительные объёмы органов.

Результаты исследования:

• Большинство систем органов насекомых демонстрируют высокие возможности масштабирования — они сохраняют постоянные пропорции при многократном изменении размеров тела. Системы органов сохраняют свою структуру, а некоторые — даже постоянный относительный объём.
• Метаболические системы, внутренние ткани и трахейная система уменьшаются пропорционально уменьшению размеров тела, даже у самых мелких насекомых.
• Репродуктивная и нервная системы, напротив, демонстрируют значительное увеличение относительного объёма при уменьшении размеров тела.

Именно эти две системы, вероятно, ограничивают минимальные размеры тела у насекомых. Сравнение с данными о позвоночных животных показывает, что при одинаковых аллометрических масштабах большинство органов у позвоночных меняются непропорционально. Таким образом, структура насекомых лучше приспособлена к масштабированию, особенно к уменьшению размеров.