Пчёложуки используют газ для сохранения пищи
Учёные из Университетов Регенсбурга и Майнца и Института химической экологии Макса Планка обнаружили, что яйца европейского пчёложука (Philanthus triangulum) производят оксид азота (NO). Этот газ предотвращает образование плесени на пище личинок в тёплых и влажных выводковых камерах. Результаты опубликованы в журнале eLife.
Самки этого одиночного вида ос охотятся на медоносных пчёл и помещают до пяти пойманных пчёл в выводковые камеры в качестве пищи для своего потомства. Гнёзда строятся на солнечных песчаных участках, и условия в глубоких камерах — тёплые и влажные — идеальны для развития плесени. В лаборатории пчёлы, хранящиеся в таких условиях, покрывались плесенью за 1–3 дня. Однако в гнёздах пчёложуков риск плесени был значительно ниже, что позволяло большинству личинок завершить своё 8–10-дневное развитие до окукливания.
Исследователи обнаружили механизм, объясняющий это явление. «Вскоре после откладки яиц выводковые камеры пахнут как бассейн. Этот запах исходит от самого яйца», — объясняет профессор Эрхард Штром, руководитель исследования. Биологические тесты показали, что яйца пчёложука выделяют газ, эффективно убивающий плесневые грибы. Химический анализ выявил, что этим газом является оксид азота (NO).
Яйца производят NO в больших количествах, и он выделяется в воздух, где реагирует с атмосферным кислородом с образованием диоксида азота (NO2). Измеренные концентрации NO2 в выводковых камерах превышают как профессиональные пределы воздействия NO и NO2, так и максимально допустимые значения ЕС для городов.
Высокие концентрации этих реакционноспособных газов с сильным окислительным эффектом убивают плесень. Учёные предполагают, что ключевой предпосылкой эволюции этого механизма стала универсальная роль NO в биохимических процессах почти у всех организмов. В низких дозах NO действует как сигнальная молекула. Более высокие концентрации многие животные используют в иммунном ответе для уничтожения патогенов.
Яйца пчёложука используют те же ферменты (NO-синтазы), что и другие организмы, и ответственный ген NO-синтазы не имеет особых характеристик. Однако исследователи обнаружили модификацию в процессе трансляции гена в белок — альтернативный сплайсинг, из-за которого ферменту в яйцах не хватает сегмента, ответственного за регуляцию. Это, вероятно, привело к значительному увеличению активности фермента и необычно высокой скорости синтеза NO.
Использование реактивных газов для контроля плесени значительно повысило выживаемость потомства пчёложуков и представляет собой эволюционное ключевое изобретение. Это новый защитный механизм против микроорганизмов.
Самый удивительный аспект этой стратегии — способность самих яиц выживать в крайне токсичных условиях, которые они создают. Изучение этого механизма защиты яиц от NO может быть интересно не только для фундаментальной науки, но и для поиска новых терапевтических подходов в медицине, где вредная гиперпродукция NO может быть следствием некоторых заболеваний или острых инфекций.