Legtöbbünk számára a vegetáriánus étrendre való áttérés újévi fogadalom és meglehetősen nagy akaraterő kérdése lehet, de egy egész faj esetében ez sokkal bonyolultabb folyamat: olyan bonyolult, hogy az evolúciós biológusok nehezen éltek meg sokáig megértve.
Az Arizonai Egyetem (Tucson, USA) kutatói az evolúció függönye mögé pillantottak, hogy megtudják, mi történik, ha egy rovarfaj drasztikusan megváltoztatja életmódját. Az általuk felfedezett folyamatok soha nem látott átalakulását jelentik a gének, a viselkedés és az étrend. Az eredmények, amelyeket a Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) publikált, valószínűleg arra késztetnek benneteket, hogy evolúciós kérdéseken gondolkodjanak, amikor legközelebb gyümölcslegyet találunk lebegni a pohárban.
A növényevő rovarfajok az összes ismert rovarfaj felét teszik ki, de a nem növényi táplálékról a növényevő étrendre való áttérés az élő rovarrendek csak egyharmadánál történt. Ez az eltérés sokáig zavarba ejtette a biológusokat.
"Ez azt jelenti, hogy a növényevő étrendre való áttérés ritkán következett be, de amikor mégis bekövetkezett, ez nagy ösztönzésnek bizonyult a speciáció érdekében, ami aránytalan számú faj fejlődését okozta ebben a csoportban" - magyarázza a Benjamin Goldman Huertas, az UA Ökológiai és Evolúciós Biológiai Tanszékének kutatója és a cikk fő szerzője.
Az egyik lehetséges válasz az, hogy a növényeket nagyon nehéz megtelepíteni - mondja Noah Whiteman, az ökológia és az evolúcióbiológia adjunktusa és a tanulmány társszerzője. A ragadozókkal szembeni védekezés érdekében a növények kifejlesztettek egy olyan védelmi arzenált, mint a tövis, a kemény külső „bőr”, vagy olyan vegyületek, amelyek szöveteiket emészthetetlenné, kellemetlenné vagy akár végzetesen mérgezővé teszik a velük táplálkozni próbáló rovarok számára.
"A növényeket fogyasztó rovarok többsége parazita" - magyarázza Whiteman. Nem olyanok, mint az elefántok, amelyek a szavannában barangolnak és leveleket pengetnek ide-oda. A rovarok kifejlesztették a védekezés legyőzésének módjait, de magas specializálódás árán. A növényevő rovarok sok faja erősen specializálódott, olyannyira, hogy az állatok általában egész életciklusukat gazdanövényeiken töltik.
„A mikrobák táplálásától, a bomló hús vagy más rovarok áttérésétől a növényekre fókuszáláshoz a rovaroknak meg kell találniuk a módját, hogy megközelítsék a növényeket, petéiket rakják és lárváikat életben tartsák bennük. Azt a hipotézist akartuk tesztelni, hogy ez az átmenet drasztikus változásokat igényel a viselkedésben, ami viszont megköveteli az e viselkedés alapjául szolgáló genetikai és neurológiai folyamatok átalakítását ».
A válaszok megtalálásához a szerzők a Scaptomyza flava légyfajt vizsgálták, amely a gyümölcslégy közeli rokona, a Drosophila melanogaster. Az unokatestvéreivel ellentétben, akiket gyakran látni lebegni az elavult gyümölcs után, a Scaptomyza legyek nem várnak ilyen sokáig.
A nőstények egészséges mustrákra vadásznak a mustárcsaládban, apró lyukakat fúrnak a leveleikbe, megiszják a bennük szivárgó növényi levet, és petéiket a levelekre rakják. Kikeléskor a lárvák átrágják magukat a leveleken, apró alagutakat készítenek menet közben, sőt néha megölik a növényt.
A legyek részletesebb tanulmányozása érdekében Goldman-Huertas együttműködött John Hildebrand csoportjának, az UA Idegtudományi Tanszékének kutatóival, amelyek lehetővé tették számukra a rovarok antennáiban szagló receptoruk által generált elektromos válaszokat, különböző illatokat juttatva az állatokhoz.
"Ez olyan, mintha az orrból rögzítenénk a receptorsejtek populációját" - magyarázza Hildebrand. „Olyan elektromos jeleket keresünk, amelyek jelzik, hogy az antennákban lévő receptor sejtek felismertek egy bizonyos szagú ingert és reagáltak rá. Ha nem látunk jelet, ez azt jelenti, hogy az antenna nem reagál az adott vegyületre. "
Ezek a neurológiai tesztek, magatartási megfigyelésekkel kombinálva, feltárták, hogy az élesztő szaga, amely a korhadt gyümölcsön virágzik és nagy vonzerő a Drosophila számára, hidegen hagyja a Scaptomyza legyeket. Éppen ellenkezőleg, "nagyon érzékeny a frissen vágott fű illatáért felelős vegyületre, amely gyakori a leveles növényekben" - mondja Whiteman.
Goldman-Huertas feltételezte, hogy az élesztő szippantásában részt vevő szaggének nem lehetnek már Scaptomyzában, sőt, az általuk elemzett populációk egyikében sem találtak közülük sokat.
Whiteman szerint a legyek előnyben részesítése az élesztővel és az alkoholos fermentációval összefüggő vegyületek számára ősibb állapotnak tekinthető, mint Scaptomyza a friss növények preferenciája. "A borospohárban úszó gyümölcslégyfajok valójában 100 millió éves evolúciót képviselnek, mert az érzékszervi mechanizmusok megőrződnek azokban a fajokban, amelyek vonzódnak a borhoz" - teszi hozzá.
Genetikai alap
A legyek táplálék-preferenciáinak genetikai alapjainak tanulmányozásához a kutatók kihasználták Scaptomyza szoros rokonságát D. melanogasterrel, akinek a szaglási rendszere az összes állat közül a legtöbbet tanulmányozott.
"A Scaptomyza nagyon hasznos modell a genetikai alapok tanulmányozásához, mert egyrészt szorosan kapcsolódik a D. melanogasterhez, másrészt evolúciós szempontból eltér egymástól" - hangsúlyozza Whiteman. „Ezekben a legyekben a növényevők legfeljebb az elmúlt 20 millió évben fejlődtek. A változások elég frissek ahhoz, hogy képesek legyünk felfedezni és összehasonlítani őket nem növényevő testvérfajaikkal, például a D. melanogaster «.
"De a viselkedés elvesztése nem kényszeríti az étkezés új módjaira, ezért nekik is új viselkedést kellett elsajátítaniuk" - pontosítja.
Valójában a csapat felfedezte a szagló receptor gének egy csoportját, amelyek aránytalanul sok szekvenciaváltozáson mentek keresztül. "Ez arra utal, hogy a darwini evolúció megváltoztatta e gének működését" - mondja Whiteman.
"Ennek az ökológiai változásnak a megértése hatalmas gazdasági és egészségügyi következményekkel járhat" - mondja Goldman-Huertas. "A Scaptomyza flava egy feltörekvő kártevő, amely Európában a repcét és Új-Zélandon a mustárnövényeket érinti".
Vagy nézze meg a maláriát továbbító anopheles szúnyogokat. Hogyan kezdték táplálni az embereket? Vagy a burgonyabogárban, amely eredetileg a család más növényeivel táplálkozott. Hogyan jött létre ez a változás? A rovarok döntéshozatala befolyásolja az emberek életét, egészségét és jólétét ».
Bibliográfiai hivatkozás:
Benjamin Goldman-Huertas, Robert F. Mitchell, Richard T. Lapoint, Cécile P. Faucher, John G. Hildebrand, Noah K. Whiteman. A növényevő növények evolúciója a Drosophilidae-ban a viselkedés elvesztésével, az antennaválaszokkal, az illatosító receptorokkal és az ősi étrenddel kapcsolatos. A Nemzeti Tudományos Akadémia közleményei (2015). DOI: 10.1073/pnas.1424656112