Почему в океане так мало насекомых? Учёные нашли возможное объяснение

Исследователи из Токийского столичного университета выдвинули гипотезу, объясняющую редкость насекомых в морской среде. Ранее они показали, что насекомые развили уникальный химический механизм для отверждения своих покровов, использующий молекулярный кислород и фермент мультимедную оксидазу-2 (MCO2). Теперь учёные утверждают, что это даёт им недостаток в море, но обеспечивает преимущества на суше, делая MCO2 ключевым элементом экологической эволюции насекомых.

Насекомые — одни из самых успешных организмов на планете. Считается, что они составляют наибольшую биомассу среди всех наземных животных. Однако их обилие контрастирует с поразительной редкостью в море. Хотя их биологические предки вышли из моря, очень немногие насекомые живут в нём сейчас.

Учёные под руководством доцента Цунаки Асано предложили решение, основанное на эволюционной генетике. Молекулярная филогенетика показывает, что ракообразные и насекомые принадлежат к одному семейству Pancrustacea, а насекомые — это ветвь, покинувшая море и адаптировавшаяся к суше. У них есть общая важная черта — экзоскелет, состоящий из воскового слоя и твёрдой кутикулы.

В предыдущей работе та же команда показала, что, адаптируясь к наземной среде, насекомые развили уникальный ген, создающий фермент MCO2. Этот фермент помогает отверждать кутикулу с использованием кислорода. MCO2 опосредует реакцию, в которой молекулярный кислород окисляет соединения катехоламины в кутикуле, превращая их в агенты, которые связывают и упрочняют поверхность. Это контрастирует с ракообразными, которые отверждают кутикулу с помощью кальция из морской воды.

Утверждается, что это делает сушу более подходящей для насекомых из-за обилия кислорода. Море теперь стало суровой средой как из-за нехватки кислорода, так и из-за обилия лучше адаптированных организмов.

Кроме того, отверждение и высушивание кутикулы через путь MCO2 приводит к созданию биоматериала, который не только защищает, но и является лёгким. Учёные предполагают, что это может объяснить, почему насекомые приобрели способность лазать по растениям, планировать и, в конечном итоге, летать. Это позволило им мигрировать и занимать ранее пустые ниши в экосистеме, что стало движущей силой их огромного количества. У ракообразных панцири значительно плотнее, с сильной корреляцией между плотностью и степенью кальцификации.

Конечно, насекомые — не единственные членистоногие, адаптировавшиеся к суше, поэтому MCO2 не является строго необходимым для успеха в «наземных нишах». Однако природа кутикулы насекомых многое говорит об их успехе в наземной среде. Команда полагает, что MCO2 может быть определяющей чертой насекомых — «нет MCO2, нет насекомых».

Исследование опубликовано в журнале Physiological Entomology.