O barieră lipidică internă protejează pupele de musculițe de fructe de deshidratare
Cercetătorii de la Francis Crick Institute au identificat o barieră lipidică specializată în pupa musculiței de fructe, care o protejează împotriva deshidratării în medii uscate și calde. Studiul, publicat în Science Advances, arată și limitele acestei bariere, ceea ce sugerează că insectele din anumite regiuni ale lumii ar putea întâmpina dificultăți în adaptarea la schimbările climatice.
Musculița de fructe, sau Drosophila, este folosită frecvent în cercetare și poate oferi indicii despre modul în care insectele se protejează de stresul de mediu. Larva se dezvoltă într-un mediu umed, hrănindu-se în fructe în descompunere, apoi se deplasează într-un loc mai uscat și devine o pupă imobilă, care se transformă în adult prin metamorfoză. Stadiile de pupă și adult ocupă medii uscate și sunt deosebit de vulnerabile la deshidratare.
Musculița adultă este acoperită de un strat hidrofob de hidrocarburi lungi care blochează pierderea de apă. Până acum nu se știa cum se protejează pupa. Echipa a analizat hidrocarburile adaptând metode din industria petrolieră și folosind imagistică moleculară avansată. Rezultatul a fost surprinzător: pupa nu are hidrocarburi pe suprafața cuticulei, ci o barieră internă, care acoperă partea inferioară a cuticulei și este formată din hidrocarburi hiperlungi, mult mai lungi decât cele ale adultului.
Cercetătorii au urmărit originea acestor hidrocarburi și au constatat că ele sunt produse în avans de celule specializate ale larvei și depozitate în rezerva de grăsime până când devin necesare. Această strategie anticipativă ar permite desfășurarea rapidă a barierei în timpul tranziției de la larvă la pupă.
Analizând expresia genelor implicate, echipa a identificat o enzimă elongază specifică responsabilă de hidrocarburile hiperlungi. Eliminarea ei în condiții standard de laborator nu a avut un impact major, ceea ce sugerează că și alte elongaze contribuie la producția acestor molecule. În schimb, când pupele au fost expuse unor condiții de temperatură ridicată și umiditate scăzută, similare unor climate subtropicale și mediteraneene, conținutul de apă a scăzut semnificativ, iar în absența enzimei deshidratarea aproape s-a dublat, ajungând la un nivel incompatibil cu supraviețuirea.
Hidrocarburile barierei lipidice îndeplinesc și rol de feromoni sexuali, semnale chimice folosite în împerechere. Hidrocarburile lungi protejează cel mai bine împotriva deshidratării, dar cele scurte se evaporă mai ușor și sunt mai potrivite ca feromoni. Pupele, care nu sunt încă mature sexual, produc hidrocarburi hiperlungi pentru a preveni pierderea de apă, în timp ce adulții au ajuns la un compromis de lungime medie care satisface ambele funcții.
Echipa a descoperit însă că o specie de deșert, Drosophila mojavensis, păstrează hidrocarburile hiperlungi și la stadiul adult, în loc să treacă la cele mai scurte ca alte specii. Într-un mediu de deșert, o barieră optimă împotriva deshidratării poate fi mai importantă pentru supraviețuire decât feromonii sexuali, iar specia folosește probabil alte semnale de împerechere, precum cele de contact sau vizuale.
Lena Lampe, cercetătoare postdoctorală și coautoare principală, a declarat că echipa a identificat o enzimă-cheie care asigură dezvoltarea barierei lipidice din pupă, protejând-o de pierderea de apă în condiții calde și aride, iar studiile au ajutat la definirea limitelor de supraviețuire ale Drosophila. Clare Newell, coautoare principală, a subliniat că pupa imobilă este o etapă deosebit de vulnerabilă, pentru că nu se poate muta dacă mediul devine prea cald sau uscat, și a descris drept fascinant faptul că larva se pregătește pentru această provocare înainte de metamorfoză.
Alex Gould, coordonatorul laboratorului și autorul principal, a arătat că insectele sunt vitale pentru viață pe Pământ, polenizând trei sferturi dintre speciile de culturi alimentare globale, iar în contextul schimbărilor climatice induse de om este important să înțelegem rezistența lor la creșterea aridității și a temperaturii. Echipa speră că aceste rezultate vor inspira cercetări similare asupra altor specii de insecte.
