Как и люди, насекомые проходят период полового созревания. Процесс известен как метаморфоза. Примеры включают гусениц, превращающихся в бабочек, и личинок, превращающихся в мух.
Но долгое время оставалось загадкой, какие внутренние механизмы контролируют метаморфоз насекомых и почему он необратим.
Теперь группа ученых во главе с доцентом Калифорнийского университета в Риверсайде решила эту загадку. Они также считают, что результаты, которые были только что опубликованы в ранней версии в журнале PLOS Genetics, могут быть применены к млекопитающим, включая человека. Окончательная версия статьи будет опубликована 8 февраля.
Используя модель организма дрозофилы, исследователи обнаружили, что количество ДНК в дрозофиле контролирует начальную выработку стероидных гормонов, которые сигнализируют о начале метаморфоза.
В частности, клетки, вырабатывающие стероидные гормоны, продолжают дублировать свою ДНК без клеточного деления, что делает их ядра огромными. Команда обнаружила, что такое количество ДНК в клетках, продуцирующих стероидные гормоны, является важным индикатором их ювенильного развития и даже определяет, когда насекомые вступают в метаморфоз.
Наоки Яманака, доцент энтомологии Калифорнийского университета в Риверсайде, сравнил накопление ДНК с кольцами внутри деревьев, которые используются для датировки деревьев.
«Количество ДНК похоже на внутренний таймер развития насекомых», - сказал Яманака. «Он говорит насекомому: «Хорошо, теперь я вырасту».
Их открытие впервые объясняет, почему метаморфоз насекомых, как и половое созревание человека, является необратимым процессом. Это необратимо, так как удвоение ДНК не может быть обращено вспять в клетках. Как только клетки увеличивают количество ДНК и начинают вырабатывать стероидные гормоны, наступает точка невозврата; они не могут вернуться в детство.
Выводы могут иметь несколько применений. В краткосрочной перспективе их можно использовать для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, манипулируя их сигнальными путями стероидов. Их также можно использовать для помощи полезным насекомым, таким как пчелы.
В долгосрочной перспективе результаты могут быть использованы для разработки более эффективных способов лечения заболеваний у людей, связанных с половым созреванием, поскольку половое созревание человека также контролируется стероидными гормонами, как и у насекомых. Результаты также могут помочь в будущих исследованиях заболеваний, связанных со стероидами, таких как рак молочной железы, рак предстательной железы и симптомы, связанные с менопаузой.
Яманака продолжит это исследование, сосредоточившись на других насекомых, таких как шмели и комары, чтобы выяснить, есть ли у них аналогичный внутренний таймер.