Как насекомые решают повзрослеть

Насекомые, подобно людям, проходят период полового созревания — метаморфоз. Примеры: превращение гусеницы в бабочку или личинки в муху.

Долгое время оставалось загадкой, какие внутренние механизмы контролируют этот процесс и почему он необратим.

Команда учёных под руководством доцента Калифорнийского университета в Риверсайде решила эту загадку. Результаты, опубликованные в ранней версии в журнале PLOS Genetics, могут быть применимы и к млекопитающим, включая человека. Окончательная версия статьи выйдет 8 февраля.

Исследуя плодовых мушек (Drosophila melanogaster), учёные обнаружили, что количество ДНК в организме контролирует первоначальное производство стероидных гормонов, которые сигнализируют о начале метаморфоза.

Клетки, производящие стероидные гормоны, многократно дублируют свою ДНК без деления клетки, что делает их ядра огромными. Именно количество ДНК в этих клетках является критическим индикатором ювенильного развития и определяет, когда насекомое вступит в метаморфоз.

Наоки Яманака, доцент кафедры энтомологии, сравнил накопление ДНК с годовыми кольцами деревьев: «Количество ДНК — это как внутренний таймер развития насекомого. Оно говорит ему: "Ладно, теперь я вырасту"».

Это открытие впервые объясняет, почему метаморфоз насекомых, как и человеческое половое созревание, необратим. Процесс дупликации ДНК в клетках невозможно обратить вспять. Как только клетки увеличивают количество ДНК и начинают производить стероидные гормоны, это точка невозврата.

Применение открытия:

• Краткосрочное: борьба с сельскохозяйственными вредителями через манипуляции со стероидными сигнальными путями или помощь полезным насекомым, например, пчёлам.
• Долгосрочное: разработка лучших методов лечения заболеваний человека, связанных с половым созреванием (также контролируемым стероидными гормонами). Результаты могут помочь в исследованиях стероид-зависимых заболеваний: рака молочной железы, рака простаты и симптомов менопаузы.

Яманака планирует продолжить исследования на других насекомых (шмелях, комарах), чтобы проверить наличие у них аналогичного «внутреннего таймера».

Статья в PLOS Genetics озаглавлена: «Nutrient-Dependent Endocycling in Steroidogenic Tissue Dictates Timing of Metamorphosis in Drosophila melanogaster».