Антарктические и арктические насекомые используют разные генетические механизмы для борьбы с нехваткой воды
Исследователи, финансируемые Национальным научным фондом (NSF), установили, что антарктические насекомые, судя по всему, используют на генетическом уровне совершенно иные методы для преодоления экстремально сухих условий, чем их собратья, обитающие к северу от Полярного круга, несмотря на жизнь в схожих экстремальных экосистемах на противоположных концах Земли.
В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные заключили: «Полярные членистоногие выработали различные... механизмы для преодоления схожих условий обезвоживания».
Это открытие важно не только с точки зрения понимания генетики выживания в полярных условиях, но и как пример того, как относительно новые научные методы, включая геномику, открывают новые научные горизонты в полярных регионах, которые ранее считались относительно однородными и «научно стерильными».
Геномная эра антарктической фауны
«Замечательно, что у нас появилось антарктическое животное, вступившее в геномную эру», — отметил соавтор работы Дэвид Денлингер. Анализ экспрессии тысяч генов в ответ на обезвоживающую среду Антарктиды — лишь один пример возможностей, которые геномная революция предлагает для развития полярной науки.
Объект исследования: Антарктический комарик
Насекомые в Антарктиде редки, за исключением Антарктического полуострова. Там антарктический комарик Belgica antarctica занимает свою уникальную экологическую нишу. Личинки этого комарика, собранные командой исследователей на островах недалеко от станции Палмер, «удивительно устойчивы к обезвоживанию, выживая при потере до 70% воды в организме».
Для насекомых в целом риск обезвоживания высок из-за их малого размера тела и, как следствие, большого соотношения площади поверхности к объёму. У антарктических насекомых устойчивость к дегидратации — ключевое эволюционное приобретение, позволяющее пережить холодную и сухую зиму.
Механизмы выживания
- Потеря воды повышает устойчивость к замерзанию.
- Зимующие личинки комарика способны подвергаться криопротективной дегидратации. При постепенном снижении температуры в присутствии льда создаётся градиент давления пара, который «вытягивает» воду из организма, понижая точку замерзания жидкостей тела и позволяя личинкам оставаться незамёрзшими при отрицательных температурах.
Сравнение с арктическими видами
Исследователи сравнили стратегию антарктического комарика с другими наземными членистоногими, которые переживают длительные периоды без воды: арктической ногохвосткой Megaphorura arctica и более широко распространённым видом Folsomia candida (также ногохвостка, Collembola).
Ключевое различие — в экспрессии генов
Детальный анализ экспрессии генов у разных видов показал, что «хотя B. antarctica и M. arctica адаптированы к схожим условиям, наш анализ выявил очень мало совпадений в профилях экспрессии между этими двумя членистоногими».
Различия в паттернах экспрессии, вероятно, отражают разные стратегии борьбы с обезвоживанием:
- B. antarctica останавливает метаболическую активность и ждёт возвращения благоприятных условий.
- F. candida полагается на активное поглощение водяного пара для восстановления водного баланса во время длительного обезвоживания.
Из-за таксономических различий между антарктическим комариком и сравниваемыми видами ногохвосток необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять эволюционную физиологию устойчивости к обезвоживанию в этом таксономическом семействе.