Forskere opdager, hvordan en gruppe larver blev giftige

Forskere har afsløret, hvordan en gruppe larver udviklede deres giftige forsvar ved at genbruge gener, der normalt er aktive i deres fordøjelsessystem, hvilket gør dem i stand til at drage fordel af de plantekemikalier, de spiser, til at blive giftige for rovdyr.

Det internationale hold, der involverer forskere fra University of Cambridge og Natural History Museum, gjorde deres opdagelse, da de studerede udviklingen af ​​Lepidoptera - en gruppe insekter, herunder sommerfugle og møl.

Genanvendelse af gener har vist sig at være en alsidig og afgørende mekanisme for evolution, hvilket muliggør diversificering og tilpasning af livet på Jorden. Men præcis, hvordan denne proces foregår, er stadig dårligt forstået. Holdets forskning, offentliggjort i tidsskriftet Nature Ecology &Evolution, hjælper med at kaste lys over dette mysterium ved at beskrive de molekylære og evolutionære ændringer, der understøtter udviklingen af ​​en kompleks egenskab i en giftig gruppe af larver.

"Vi var begejstrede for at finde ud af, at det giftige forsvar fra cinnobermøl udviklede sig gennem udviklingen af ​​nye molekylære interaktioner mellem to proteiner, hvilket gjorde det muligt for larverne at drage fordel af plantekemikalier," sagde hovedforfatter Dr. Marta Maroja, tidligere fra Cambridge's Department of Zoology. og nu baseret på universitetet i Turku, Finland.

Cinnamøl (Tyria jacobaeae) findes i store dele af Europa og Asien. Deres larver lever udelukkende af de giftige blade fra ragwort-planter og binder plantekemikalierne til at blive usmagelige og efterfølgende giftige for potentielle rovdyr.

Gennem en kombination af laboratorie- og felteksperimenter testede holdet først den defensive rolle af larvernes sekvestrerede toksiner. De fandt ud af, at cinnobermøllarver, der havde fodret med bynkeurt, blev afvist og undgået af rovdyr, hvorimod larver opdrættet på planter, der manglede defensive kemikalier, mistede deres giftige egenskaber og blev velsmagende for rovdyr.

Forskerne brugte derefter en omfattende komparativ genomisk tilgang, hvor de analyserede genomerne og transkriptomerne (sættet af RNA-molekyler udtrykt af genomet) af cinnobermøllarver og flere beslægtede arter. Denne analyse afslørede, at larvernes toksiske forsvar udviklede sig som en konsekvens af ændringer inden for en afgiftningsvej, der normalt er til stede i fordøjelsessystemet hos alle larver.

Et gen, der normalt er involveret i afgiftningen af ​​plantekemikalier i tarmen, blev duplikeret i en cinnobermøl-forfader, og kopien blev efterfølgende rekrutteret til silkekirtlerne, som udskiller silke, der bruges til at skabe deres beskyttende kokoner. Larvens opstødte silke fungerer som en forsvarsmekanisme, der skaber et ubehageligt skummende sekret, der dækker deres krop, og som er giftigt for rovdyr.

"Vores forskning peger ikke kun på oprindelsen af ​​det giftige forsvar, der findes i cinnobermøllarver, men fremhæver også, hvordan deres forfader potentielt kunne udnytte sin giftige kost ved at genbruge komponenter i dens fordøjelsesafgiftningsvej," sagde seniorforfatter Dr. Mathieu Joron, også fra University of Cambridge's Department of Zoology, og baseret på Natural History Museum, London.

"Evolution ses ofte som en proces med at bygge indviklede nye tilpasninger fra bunden. Vores undersøgelse bidrager imidlertid til en voksende mængde forskning, der viser, hvordan evolution også kan virke ved at justere eksisterende funktioner, genbruge gener og molekylære mekanismer, for at producere komplekse nye egenskaber, der har fascinerende konsekvenser for dyrenes økologi,” sagde Dr. Maroja.