Исследователи Университета Монтаны сделали еще одно открытие на клеточном уровне, чтобы помочь понять основные процессы всей жизни на нашей планете - на этот раз внутри необычных бактерий, которые жили внутри насекомых-цикад с тех пор, как динозавры бродили по Земле.
В течение последних 70 миллионов лет бактерии претерпели крайнюю адаптацию, чтобы жить в телах насекомых, потеряв примерно от 95 до 97 процентов своих генов, что привело к возникновению одних из самых маленьких геномов, известных любым организмам. В процессе они потеряли способность жить где угодно, кроме цикад.
«Симбиотические комплексы цикад сильно отличаются от любых других известных организмов», - сказал Мэтт Кэмпбелл, аспирант Университета Массачусетса, изучающий цикад в лаборатории биологии доцента Джона Маккатчеона, базирующейся в Отделении биологических наук.
Многие насекомые живут в очень тесных связях с полезными или «симбиотическими» бактериями. Эти бактериальные симбиозы критически важны для насекомых, потребляющих только один вид пищи, в котором отсутствуют некоторые необходимые питательные вещества. Примеры включают кровососущих вшей, а также насекомых, питающихся соком растений - тлей, цикадок и цикад..
Исследование UM показало, что симбиотические бактерии цикад производят аминокислоты и витамины, необходимые их насекомым-хозяевам для роста и размножения. В течение трех полевых сезонов, изучая южноамериканскую цикаду, постдокторский исследователь UM Петр Лукасик обнаружил, что многие из отдельных симбиотических бактерий этого вида превратились в комплексы нескольких разных типов бактерий в одной и той же цикаде.
«В ходе этого процесса отдельные бактерии потеряли множество генов и теперь зависят друг от друга, потому что каждый тип содержит уникальные, важные гены», - сказал Лукасик. «Различные виды должны работать вместе, чтобы обеспечить своих цикад необходимыми аминокислотами и витаминами».
Другой вид цикад, обитающий на востоке США, содержит десятки мелких, быстро развивающихся видов бактерий. Отдельные типы обычно содержат несколько узнаваемых генов и распределены между различными клеточными компартментами внутри цикад способом, который до конца не изучен.
«Цикады являются хозяевами симбиотических комплексов, а не отдельных бактерий с хорошим поведением, что может стать проблемой для вида», - сказал Лукасик. «В конце концов, когда вам нужна еда - будь то витамин, необходимый цикаде, или пицца, которую жаждет голодный студент, - проще получить ее из одного источника, чем собирать ее из нескольких разных источников."
Исследователи считают, что эта эволюция бактерий произошла случайно, и, несмотря на то, что они не помогают цикадам, микроскопические существа должны оставаться там надолго, потому что цикады теперь требуют их для выживания.
«Действительно, цикады с самым длинным жизненным циклом - это также те, у которых самые сумасшедшие бактериальные симбионты», - сказал Лукасик.