Учёные выяснили, как жуки используют задний проход для гидратации
Жуки — чемпионы по выживанию в экстремально сухих условиях. Отчасти это свойство связано с их способностью всасывать воду из воздуха через задний проход. Новое совместное исследование учёных из Копенгагенского и Эдинбургского университетов объясняет механизм этого процесса. Помимо объяснения того, как жуки процветают там, где другие животные не выживают, эти знания в перспективе могут быть использованы для более целенаправленного и безопасного контроля глобальных вредителей, таких как амбарный долгоносик и мучной хрущак.
В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные изучили молекулярные и физиологические процессы, лежащие в основе способности жуков прожить всю жизнь, не выпив ни капли жидкой воды. Один из секретов этого свойства кроется в их заднем проходе.
Жуки могут открывать прямую кишку, поглощать воду из влажного воздуха, превращать её в жидкость и затем всасывать в организм. Этот необычный способ потребления воды был известен научному сообществу более века, но до сих пор не был полностью изучен.
«Мы пролили новый свет на молекулярные механизмы, позволяющие жукам поглощать воду ректально. Насекомые особенно чувствительны к изменениям водного баланса. Следовательно, эти знания можно использовать для разработки более целенаправленных методов борьбы с видами жуков, уничтожающими наше продовольствие, без вреда для других животных, человека и природы», — говорит доцент Кеннет Веланд Халберг, руководивший исследованием.
Костяно сухой помёт свидетельствует об эффективном извлечении жидкости
Исследователи изучали внутренние органы мучного хрущака, чтобы понять механизм поглощения воды через прямую кишку. Мучной хрущак используется как модельный организм.
Учёные идентифицировали ген, который экспрессируется в прямой кишке жука в 60 раз сильнее, чем в остальном теле. Это привело их к уникальной группе клеток — лептофрагматным клеткам. Эти клетки играют решающую роль в процессе поглощения воды.
«Лептофрагматные клетки — это крошечные клетки, расположенные как окна между почками жука и его кровеносной системой. Поскольку почки окружают заднюю кишку, лептофрагматные клетки перекачивают соли в почки, что позволяет им извлекать воду из влажного воздуха через прямую кишку и направлять её в тело. Обнаруженный нами ген необходим для этого процесса — это новое знание для нас», — объясняет Кеннет Веланд Халберг.
Кроме того, жуки чрезвычайно эффективно извлекают жидкость из пищи. Даже сухое зерно, содержащее 1–2% воды, может пополнять их водный баланс.
«Жук может пройти весь жизненный цикл, не выпив жидкой воды. Это возможно благодаря модифицированной прямой кишке и тесно связанным с ней почкам, которые вместе образуют мультиорганную систему, специализированную на извлечении воды из пищи и воздуха. Процесс настолько эффективен, что образцы помёта, которые мы исследовали, были абсолютно сухими», — говорит Халберг.
До 25% мирового производства продуктов теряется
К сожалению, жуки входят в число вредителей, оказывающих разрушительное воздействие на продовольственную безопасность. Мучной хрущак, амбарный долгоносик и другие виды жуков ежегодно уничтожают до 25% мировых запасов продовольствия.
Ежегодно в мире на пестициды тратится около $100 млрд. Однако традиционные пестициды вредят другим живым организмам и окружающей среде.
По словам Халберга, важно разрабатывать более специфичные и «экологичные» инсектициды, которые нацелены только на насекомых-вредителей, минуя полезных насекомых, таких как пчёлы. Здесь новое и лучшее понимание анатомии и физиологии жуков может стать ключевым.
«Теперь мы понимаем, какие именно гены, клетки и молекулы задействованы, когда жук поглощает воду через прямую кишку. Это означает, что у нас появилась возможность нарушить эти высокоэффективные процессы — например, разработав инсектициды, нацеленные на эту функцию, и таким образом уничтожить жука», — говорит Халберг.