Насекомые могут научить людей справляться с трудностями
Изучение биологии и поведения насекомых может помочь людям в решении проблем — от изменения климата и контроля заболеваний до сменной работы и джетлага.
Биологические часы и сезонные ритмы
В проекте InPhoTime (ERC) в Институте энтомологии Чешской академии наук изучают молекулярные ритмы, помогающие животным определять время. Нобелевская премия по физиологии и медицине 2017 года была присуждена за открытие молекулярных механизмов циркадных ритмов на примере плодовых мушек.
Цель доктора Давида Долежела — раскрыть молекулярное объяснение того, как насекомые измеряют укорочение дня перед зимой с помощью фотопериодического таймера. Это позволяет им вовремя впадать в диапаузу (состояние, подобное спячке) или производить потомство до заморозков.
Модельный организм — красноклоп бескрылый (Pyrrhocoris apterus). Изучаются нервные связи от фасеточных глаз к мозгу и то, как гены контролируют фотопериодический таймер. Используется микрохирургия и редактирование генов CRISPR.
«На прошлой неделе мы получили первых мутантов, у которых мы изменили основу циркадных часов, так что клоп считает день длиной 22 часа вместо 24».
Исследователи также планируют изменять гены, чтобы показать пути работы фотопериодических таймеров и подтвердить, что вариации генов (аллели) в разных местообитаниях влияют на сезонное поведение. Например, клопы из Скандинавии могут иметь иные аллели, чем их южные сородичи.
«Если вы найдете генетические варианты, функционально вовлеченные в адаптацию насекомых к разным средам... это может объяснить некоторые генетические вариации у людей», — говорит Долежел.
Эта изменчивость может объяснять, почему одни люди тяжело переносят джетлаг и смену сезонов, а другие — почти нет.
Социальный иммунитет у муравьев
В проекте SOCIALVACCINES (ERC) доктор Сильвия Кремер изучала кооперативную защиту от болезней у садовых муравьев Lasius neglectus. Она обнаружила, что у муравьев, помимо индивидуального иммунитета, развилась коллективная защита, создающая «социальный иммунитет».
Возвращаясь в гнездо, покрытые спорами грибов, муравьи проходят «медосмотр»: сородичи очищают их челюстями и наносят яд (муравьиную кислоту) на оставшиеся споры, чтобы предотвратить их прорастание.
«Мы обнаружили, что во время этого санитарного ухода происходит передача патогена, но иммунная система отдельных особей справляется с этим, повышая иммунный ответ. Это защищает их от последующих встреч с тем же патогеном».
Это работает аналогично коллективному иммунитету в человеческом обществе благодаря вакцинации.
«Иногда в медицинской помощи принимаются решения, которые, возможно, не лучши на уровне популяции. Например, пациента лечат всеми доступными антибиотиками, даже если на уровне популяции это увеличивает риск устойчивости к антибиотикам», — отмечает Кремер.
Адаптация к климатическим стрессам
В проекте CLIMINSECTS доктор Инон Шарф изучал, как насекомые адаптируются к климатическим потрясениям, таким как засуха.
Согласно правилу Бергмана, с повышением температуры размер тела позвоночных должен уменьшаться для лучшей теплоотдачи. Однако исследование тысяч жуков 30 видов не выявило такой тенденции.
«Жуки не становятся меньше с годом сбора... Другие факторы, такие как местные условия и доступная пища, вероятно, не менее важны, чем климат».
Эксперименты с мучными жуками как модельным организмом показали, что эффект температуры неоднозначен и зависит от стадии жизни, на которой происходит воздействие стресса.
- Если взрослых особей подвергнуть низкой температуре, они лучше реагируют на дальнейшие трудности (акклиматизируются).
- Если же личинок подвергнуть холоду, то став взрослыми, они хуже переносят низкие температуры.
«Повышение температур [на стадии личинки] может даже помочь им впоследствии», — говорит Шарф.
Также выяснилось, что акклиматизация к холоду помогает жукам дольше выдерживать другие стрессы, например, голод или чрезмерную жару.
Эти данные важны для понимания того, как изменение климата может усиливать или нарушать жизненные циклы насекомых, что имеет значение для сельского хозяйства и борьбы с вредителями.