Kto maluje motylom skrzydła?

Gdy coś w naturze jest nieskończenie różnorodne, niewyobrażalnie piękne i jakby dokładnie „zaplanowane”, to zwykle zakładamy, że u podłoża owego zjawiska musi być gigantyczna złożoność. Motylom skrzydła maluje system genetyczny, który wydawał się tak skomplikowany, że do dziś był nieznany.

Reklama

Do dziś, a właściwie do wczoraj. Dziś, dzięki dwóm niezależnym pracom badawczym opublikowanym w prestiżowym magazynie „PNAS”, wiadomo bowiem, że rzecz w istocie jednak jest dość prosta. Pierwszy artykuł jest efektem prac grupy amerykańsko-panamsko-brytyjskiej (pod kierunkiem Arnaud Martin), drugi zaś zaprezentowali naukowcy z Cornell University (USA), kierowani przez Roberta D. Reeda (współautora także pierwszego ze wspomnianych artykułów). Okazuje się, że aby skrzydła 150 tys. gatunków żyjących na naszej planecie motyli były tak wzorzyste i barwne, potrzeba ni mniej, ni więcej, tylko dwóch genów. Tylko dwóch!

Piękne i skomplikowane

Jeden, zwany wntA, zarządza rysunkiem na skrzydle i działa niczym konturówka. Jego uszkodzenie prowadzi zatem do sytuacji, gdy kolory – niczym na zalanej wodą akwareli – zlewają się ze sobą, tworząc nieregularne, zachodzące na siebie plamy. Drugi gen – optix – sprawia, że kolory w ogóle powstają. Jego uszkodzenie powoduje, że motyle mają skrzydła całkiem czarne, bez żadnego wzoru. Optix jest zatem genetycznym pędzlem. Prawidłowe działanie obu genów w harmonii powoduje, że skrzydło motyla jest tak piękne. Kolory są wyraźne, a kształty precyzyjnie „wyrysowane” i nienakładające się na siebie.

Motyle skrzydła są dla naszego zmysłu wzroku tak interesujące i inspirujące także dlatego, że strukturalnie jest to część bardzo skomplikowana. W przeciwieństwie bowiem do innych owadów uskrzydlonych, które mają w swych organach zapewniających lot rodzaj błonki wzmocnionej „żyłkami” (a tak naprawdę tchawkami służącymi do oddychania), motyle ową błonkę mają pokrytą mikroskopijnymi łuseczkami. Te są przekształconymi, spłaszczonymi włoskami, w które bywają wyposażone skrzydła wielu innych owadów.

Motyle, zwane też łuskoskrzydłymi, pobudzają nasze oko (a dokładnie jego komórki zwane czopkami) na kilka sposobów. Jak większość kolorowych obiektów motyle nie są na ogół zdolne do emisji barwnego światła (np. do fluorescencji). Łuskoskrzydłe są kolorowe, bo ich łuski produkują pigment. Gdy białe światło pada na powierzchnię skrzydła, niektóre częstotliwości światła są przez nie pochłaniane, inne odbijane. W efekcie do naszego oka trafia wiązka światła, w której są tylko niektóre długości fal. Nasz mózg interpretuje to jako widzenie barw. Dodatkowo jednak owo łuskowate pokrycie skrzydeł sprawia, że możliwe są i inne efekty świetlne, np. odbicie, rozproszenie itp. Jednym z ciekawszych strukturalnych efektów spotykanych w motylich skrzydłach jest iryzacja, czyli tęczowanie. Możemy je także obserwować, puszczając bańki mydlane czy oglądając plamy benzyny na mokrym asfalcie albo wnętrze muszli perłowych. Powstaje ono dzięki interferencji światła odbitego od przezroczystych ciał złożonych z warstw substancji o odmiennych własnościach optycznych (np. łusek). Dzięki temu efektowi motyle skrzydła mogą się mienić różnymi kolorami, mogą nieco inaczej wyglądać w zależności od kąta, pod jakim na nie patrzymy. I choć iryzacja nie ma nic wspólnego z pigmentacją (a raczej zależy od struktury łusek), to jednak okazało się, że ten sam gen, optix, odpowiada za iryzację. Gdy badanym motylom ten gen uszkodzono, nie tylko utraciły barwy, ale i zmieniały właściwe sobie tęczowanie.

Obrona i miłość

Skrzydła motyli w słońcu są zatem nie tylko kolorowe, ale też błyszczące. Czasami aż rażą wzrok, a kolory wydają się też mienić czy przechodzić jedne w drugie. Poezja. Zanalizować ją oznacza zrozumieć ewolucję motyli w szczególności, a owadów – czyli najliczniejszej bodaj grupy żyjących zwierząt lądowych – w ogólności. Nic bowiem tak nie wpływa na ewolucję jak zdolność do obrony przed drapieżnikami oraz atrakcyjność seksualna. Skrzydła motyla są kluczowe w obu sprawach. W pierwszej zapewniają mimikrę – pomagają schować się przed drapieżnikiem (wtopiwszy się w otoczenie). Barwne skrzydła nie zawsze mają motyla wtapiać w tło; często upodabniają go do zjawisk, które dla drapieżników (głównie ptaków) są przerażające (oczy węży etc). W drugiej sprawie – wiadomo – widzenie jest zmysłem, który najbardziej pobudza nie tylko nas, ale i motyle nawzajem.

Jak naukowcom udało się znaleźć geny, które są zaangażowane w bajkowe ubarwienie motylich skrzydeł? W analizie skorzystano z nowoczesnej technologii wybiórczego redagowania genomów, zwanej CRISPR-Cas9, o której już kilkukrotnie pisaliśmy na łamach „Gościa Niedzielnego”. Dzięki niej precyzyjnie włączano i wyłączano oba geny w czterech możliwych kombinacjach. Dla ugruntowania wyników badania przeprowadzono na kilku powszechnych gatunkach motyli, w tym na majestatycznym monarsze ({BODY:BBC}Danaus plexippus{/BODY:BBC}) czy popularnej w obu Amerykach {BODY:BBC}Junonia coenia{/BODY:BBC}. Warto zauważyć, że jak dotąd technologia CRISPR-Cas9 służyła do badań tzw. organizmów modelowych. Dla owadów była to muszka owocówka. Dziś pokazano, że nawet dla tak nietypowych dla laboratorium obiektów badawczych jak motyle (oj, chciałoby się pracować naukowo w takim miejscu pełnym kolorów i piękna!), dzięki swej wysokiej wydajności i precyzyjności, technika CRISPR-Cas9 doskonale się sprawdza. Nie trzeba nawet znać całego DNA organizmu modyfikowanego. Wystarczy sekwencja kilku genów, które interesują badaczy. A w przypadku motyli nadal nie wiemy, co sprawia, że wntA – konturówka i optix – pędzel malują ten, a nie inny wzór u konkretnego motylego gatunku. •

«« | « | 1 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Zobacz

Dodaj komentarz
Gość
    Nick (wymagany lub )

    Autopromocja

    Reklama

    Reklama

    Reklama