Биологи МГУ выяснили по каким принципам уменьшаются органы насекомых
Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова изучили, как изменяются относительные размеры органов насекомых в процессе в процессе миниатюризации - уменьшения размеров тела насекомых в ходе эволюции. Проведенная работа показала, что минимальные достижимые размеры насекомых ограничиваются размерами системы размножения и нервной системы. Исследователи представили свою работу в журнале Scientific reports.
В ходе эволюции под действием различных факторов размеры тел насекомых отдельных видов могут становиться меньше. Этот процесс, называемый миниатюризацией, приводит к тому, что насекомые могут достигнуть размера одноклеточного организма. Пример мельчайших насекомых - жуки перокрылки и перепончатокрылые мимариды. Их размер составляет доли миллиметра.
Идея работы, по словам автора статьи, доктора биологических наук Алексея Полилова, состояла в том, чтобы установить закономерности изменения относительных объемов различных органов и систем при уменьшении размеров тела насекомого. Биологи проанализировали большой объем данных и построили 30 полных и 26 частичных трехмерных компьютерных реконструкций для 22 видов насекомых из 11 семейств, принадлежащих к пяти отрядам (щетинохвостки, сеноеды, трипсы, жесткокрылые и перепончатокрылые). Ученые исследовали насекомых длиной от 2 см до 0,22 мм. Таким образом, самое крупное из исследованных насекомых было больше самого мелкого в 100 раз по размеру и в 100 000 раз по объему.
Выяснилось, что большинство систем органов насекомых могут быть уменьшены во много раз, при сохранении пропорций. "Системы органов сохраняют организацию, а некоторые - даже неизменный относительный объем, несмотря на многократные уменьшения размеров", - отмечает Алексей Полилов.
Интересно, что даже у мельчайших насекомых с уменьшением размеров тела, становится меньше относительный объем метаболических систем, тканей внутренней среды и трахейной системы. При этом половая и нервная системы при уменьшении размеров тела наоборот, демонстрируют многократное увеличение относительного объема.
"Видимо, именно эти системы ограничивают минимальные размеры тела насекомых. При сравнении наших результатов с литературными данными по позвоночным животным удалось показать, что при тех же масштабах изменения размеров тела, большинство органов позвоночных меняются непропорционально. Таким образом, мы показали, что конструкция насекомых лучше переносит масштабирование, особенно уменьшение размеров тела", - пояснил ученый.
В дальнейшем исследователи планируют расширить круг изучаемых объектов за счет привлечения насекомых из разных отрядов: коллембол, клещей и других членистоногих.
Выявленные принципы и закономерности миниатюризации могут найти применение при разработке устройств биотехнологий и робототехники.
