Падальные мухи научились охлаждаться слюной
Бразильские ученые выяснили, зачем падальные мухи время от времени выпускает каплю слюны изо рта, а затем заглатывают ее обратно — эксперименты с инфракрасной съемкой показали, что таким образом они охлаждают тело, в частности, головные нервные узлы, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
Животные часто используют испарение жидкостей для снижения температуры тела. Люди, некоторые обезьяны и копытные испаряют пот с поверхности тела, другие млекопитающие и птицы испаряют слюну с языка и из полости рта, вылизывают тело. Для насекомых этот метод не подходит — испарение с поверхности тела затруднено хитиновым экзоскелетом и восковым покрытием, не пропускающим воду. Дыхательная система насекомых, состоящая из трахей, тоже не подходит для испарения. Некоторые ночные бабочки для охлаждения груди во время полета перегоняют гемолимфу через середину груди в брюшко. Комары рода Anopheles, когда всасывают кровь теплокровной жертвы, выделяют капельку мочи — ее испарение предотвращает резкий скачок температуры. Считалось, что капельки слюны, которые выделяют мухи, имеет отношения к пищеварению, но теперь выяснилось, что это способ терморегуляции.
Гильермо Гомес (Guilherme Gomes) из университета Сан-Паулу и его коллеги с помощью инфракрасной термографии наблюдали за 50 взрослыми мухами вида Chrysomya megacephala — половину времени их держали на свету и половину в темноте при разных уровнях температуры и влажности. Каждая комбинация условий эксперимента повторялись как минимум трижды. Инфракрасная съемка показала, что капля слюны всего за 15 секунд может стать на 8 градусов холоднее окружающей среды и, после ее заглатывания, снижает температуру тела мухи.
При этом сильнее всего снижается температура в голове (на 1 градус), чуть меньше — в грудной клетке (0,5 градуса), еще меньше — в брюшке (0,2 градуса). После повторного цикла выделения-заглатывания капельки, голова остывает уже на 3 градуса, грудь — на 1,6 градуса, а брюшко — на 0,8 градуса. Прежде чем окончательно проглотить капельку слюны, муха гоняет ее в глотку и обратно до шести раз. Возможно, это позволяет охлаждать головные нервные узлы, примыкающие к стенкам глотки.
Чтобы проверить влияние температуры на частоту и эффективность охлаждения авторы наблюдали за поведением мух в диапазоне от 5 до 40 градусов с шагом в 5 градусов и относительной влажности 60 процентов. Мухи выделяли и заглатывали слюну чаще при более высокой температуре, что говорит об участии этого поведения в охлаждении тела. При этом при температуре ниже 25 градусов они выделяли слюну редко — при этой температуре мухи очень активны, а для полета требуется разогрев мышц, и охлаждение нежелательно. В темное время суток охлаждение слюной встречалось чаще, чем в светлое, когда мухи активно летают. Чтобы проверить влияние влажности, ученые зафиксировали температуру на 35 градусах и меняли уровень относительной влажности между значениями 60, 70 и 80 процентов.
При увеличении влажности эффективность охлаждения испарением слюны заметно снижалась, и фактически становилась бесполезным при относительной влажности выше 70 процентов. При такой влажности мухи переставали охлаждаться слюной, а иногда даже выплевывали каплю.
Авторы предполагают, что другие животные тоже могут использовать такой метод охлаждения, но он подойдет только мелким животным, для которых охлажденная капля может оказать существенное воздействие на температуру тела. Еще одним способом терморегуляции оказалась необычная шея жирафа. Именно форма тела позволяет жирафу эффективно отводить тепло, когда жираф находится на солнце.
Александра Кочеткова
Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием
Генетики из американских и британских университетов обнаружили, какие гены отвечают за факультативный партеногенез у дрозофил. Они внесли точечные изменения в мушиные гены, влияющие на текучесть мембран (Desat2), образование центриолей (Polo) и скорость пролиферации (Myc). Мухи-самки из созданной генетической линии успешно вступали в половое размножение, но были при этом способны к партеногенезу как минимум на протяжении двух поколений. Исследование опубликовано в журнале Current Biology. Партеногенез — развитие живых организмов из неоплодотворенной яйцеклетки — широко распространен среди животных. На филогенетическом древе чисто партеногенетические виды нередко соседствуют с практикующими «обычное» половое размножение. Иногда и вовсе удается описать спорадические случаи появления партеногенеза у отдельных представителей непартеногенетических видов. Следовательно, генетическая подоплека партеногенеза может возникать быстро по эволюционным меркам и должна быть в этом случае относительно несложной. Но конкретные молекулярные механизмы партеногенеза часто остаются нерасшифрованными. У мух, неспособных к партеногенезу, яйцо приостанавливается на стадии метафазы I мейоза, а дальнейшее развитие (завершение деления, отделение полярных телец и дальнейшие митотические деления) продолжается лишь после оплодотворения. Но встречаются и факультативно партеногенетические линии, в которых партеногенетические потомки составляют от десятых долей до десяти процентов популяции. Доктор Алексис Сперлинг (Alexis L. Sperling) из Кембриджского Университета с коллегами из американских университетов Мемфиса и Калифорнийского технологического исследовала механизм возникновения факультативного партеногенеза у мух вида Drosophila mercatorum. Генетики отобрали и секвенировали геномы и транскриптомы факультативно и облигатно партеногенетических штаммов D. mercatorum и сопоставили их между собой. При партеногенезе была изменена экспрессия 44 генов, связанных в основном с формированием центриолей и регуляцией клеточного цикла. Несмотря на то, что предки D. mercatorum и более изученной D. melanogaster разошлись более 40 миллионов лет назад, данные сравнительной геномики позволяют воссоздавать на более известном модельном объекте изменения, обнаруженные в геноме менее известного. Ученые воссоздали у D. melanogaster выявленные изменения активности генов, прибегая к CRISPR-редактированию генома, дупликациям генов, введению в геном генов антисмысловых РНК или энхансерных последовательностей. Самый высокий уровень партеногенеза был зарегистрирован в группах трансгенных D. melanogaster, у которых была повышена активность генов Polo (регулятор образования центриолей) или Myc (регулятор клеточного цикла), либо понижена активность генов Slmb (убиквитиновая лигаза, способствующая деградации Myc) и Desat2 (фермент, синтезирующий ненасыщенные жирные кислоты и регулирующий текучесть мембран). У каждого третьего облигатно партеногенетического яйца D. mercatorum полярные тельца или женские пронуклеусы вступали в митотические деления, давая начало эмбрионам (такая же картина наблюдалась в каждом восьмом случае факультативно партеногенетических линий). Количество полярных телец, способных спонтанно вступать в митоз (и тем самым формировать эмбрион) повышалось при повышении активности генов Myc и Polo. При этом многие мухи из партеногенетических линий после целлюляризации становятся недиплоидными (чаще всего, триплоидными) из-за нарушения образования веретена деления. Ученые получили 21 тысячу мух-самок D. melanogaster, гомозиготных по мутантным аллелям генов Polo, Myc и Desat2, и содержали их в отсутствии самцов. В общей сложности самки дали 143 взрослых потомка (в среднем 0,7 потомка на 100 мух), а у тех, в свою очередь, появилось два партеногенетических взрослых потомка второго поколения (1,4 процента от численности предыдущего поколения). Таким образом, линия животных, способных к партеногенезу на протяжении нескольких поколений, была впервые получена при помощи геномного редактирования. На основании полученных данных авторы предполагают следующий механизм факультативного партеногенеза. Повышение текучести мембран (цитоплазматической и мембраны эндоплазматического ретикулума) влияет на формирование центра организации микротрубочек и, следовательно, веретена деления. Его образование упрощает вступление в митоз. Такие изменения могли стать эволюционно выгодным приобретением при расселении мух в более холодные регионы (повышение текучести мембран, связанное со снижением активности десатураз, улучшает выживаемость мух при низких температурах). Впрочем, детали возникновения партеногенетических линий мух пока не до конца изучены — судя по диспропорции между небольшими изменениями в геноме и выраженным транскриптомным изменениями, часть изменений у партеногенетических D. mercatorum может носить эпигенетический характер (важность эпигенома для партеногенеза ранее была показана в эксперименте на мышах). О медийной шумихе вокруг возможности партеногенеза у человека и о генетических предпосылках к нему читайте в нашем материале «Половинка себя».