Новое семейство транспортеров глицерина может объяснить эволюционный успех насекомых

Исследователи из Университета Бергена (Норвегия), Института морских наук IRTA (CSIC) и Института эволюционной биологии (UPF-CSIC) обнаружили новое подсемейство молекулярных каналов, которое, вероятно, позволило насекомым стать доминирующей группой видов на Земле. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Насекомые, исключая бактерии, составляют более половины мирового биоразнообразия. Их успех связывают со способностью колонизировать экстремальные ниши — от жарких и засушливых до условий с температурами ниже нуля. Ключевой адаптацией к высыханию и замерзанию является накопление высоких уровней спиртов, таких как глицерин или сорбит, в специфических органах.

До сих пор оставалось неясным, как насекомые транспортируют глицерин через клеточные мембраны, поскольку у основных групп насекомых, как считалось, отсутствовали каналы акваглицеропорины, обычно ответственные за этот процесс.

Ученые обнаружили, что у голометаморфных насекомых (наиболее эволюционно продвинутых и разнообразных) существуют специфические гены — энтомоглицеропорины (Eglps). Это мутировавшие водные каналы с усиленной способностью к транспорту глицерина.

Ключевые выводы исследования:

• Филогенетический анализ показал, что Eglps тесно связаны с человеческим аквапорином-4, который является водоселективным каналом.
• Эксперименты с мутантами продемонстрировали, что единичная мутация в центральных регионах каналов человека и насекомых может превратить водоселективный канал в транспортер глицерина типа Eglp, и наоборот.
• Реконструкция эволюционной истории показала, что Eglps специфически заменили акваглицеропорины у голометаморфных насекомых. Авторы предполагают, что это произошло из-за более высокой эффективности Eglps в транспорте глицерина, что является примером естественного дарвиновского отбора на молекулярном уровне.

Эволюционное значение:

Появление Eglps у древних шестиногих и последующая замена ими акваглицеропоринов у голометаморфных насекомых совпали по времени с периодами колебаний температур и оледенений. Это позволяет предположить, что возникновение Eglps могло способствовать беспрецедентному распространению насекомых во всех типах экосистем.

Особую роль это новшество могло сыграть на куколочной стадии жизненного цикла голометаморфных насекомых (например, превращение гусеницы в бабочку). Эта малоподвижная и уязвимая к низким температурам стадия характеризуется особенно высоким накоплением глицерина. Возникновение такой стадии, возможно, стало эволюционно возможным именно благодаря появлению эффективных транспортеров глицерина — Eglps.