Учёные открыли молекулярную основу изменения цвета тела у красных стрекоз
Японские исследователи обнаружили, что цвет тела красных стрекоз меняется с жёлтого на красный благодаря окислительно-восстановительной реакции (редокс-реакции) пигментов под названием оммохромы.
И самцы, и самки красных стрекоз имеют жёлтый цвет на стадии незрелой взрослой особи, но самцы становятся красными по мере созревания. Это происходит из-за превращения окисленных форм пигментов оммохром в восстановленные. Столь резкое изменение цвета тела на основе редокс-реакции ранее не описывалось. Клетки, которые становятся красными, находятся в антиоксидантном состоянии благодаря присутствию восстановленных форм пигментов. Дальнейшее изучение молекулярных механизмов этого изменения цвета должно помочь понять, как в организмах поддерживается антиоксидантное состояние.
Исследование было опубликовано онлайн в Proceedings of the National Academy of Sciences 10 июля 2012 года (по японскому стандартному времени).
Красивые красные стрекозы — это зрелые самцы, в то время как самки и только что появившиеся незрелые самцы имеют тускло-жёлтый цвет. Разный цвет тела самцов и самок играет важную роль в распознавании партнёра перед спариванием и территориальном поведении. Для изменения цвета тела у насекомых и других животных описано несколько механизмов: синтез и деградация пигментов, изменение их локализации, накопление пигментов из пищи. Однако механизмы, лежащие в основе изменения цвета у красных стрекоз, оставались неизвестными.
В этом исследовании были изучены механизмы изменения цвета тела у красных стрекоз.
Пигменты, присутствующие у трёх видов красных стрекоз — Sympetrum frequens, Sympetrum darwinianum и Crocothemis servilia — были экстрагированы и охарактеризованы. У всех видов были идентифицированы два разных пигмента оммохрома: ксантомматин и декарбоксилированный ксантомматин.
В данном исследовании при добавлении окислителя или восстановителя цвет пигментов, извлечённых из красных стрекоз, обратимо менялся: с красного на жёлтый в присутствии окислителя и с жёлтого на красный в присутствии восстановителя. Кроме того, при инъекции аскорбиновой кислоты (витамина C), являющейся восстановителем, живым стрекозам желтоватый цвет тела как незрелых самцов, так и зрелых самок менялся на красный, как у зрелых самцов. Редокс-состояние пигментов, извлечённых из стрекоз, было измерено электрохимически, и определены соотношения окисленных и восстановленных пигментов. Только зрелые самцы демонстрировали очень высокую долю восстановленных пигментов оммохром. Эти результаты указывают, что специфичное для пола изменение цвета у зрелых красных стрекоз в первую очередь регулируется редокс-состоянием пигментов оммохром.
Измерение антиоксидантной активности в водных экстрактах из эпидермиса стрекоз показало, что у зрелых самцов она выше, чем у зрелых самок. Дальнейший анализ выявил, что восстановленные пигменты оммохромы являются основными компонентами антиоксидантов у этих самцов.
Изменение цвета, специфичное для самцов стрекоз, считается экологически важным признаком для репродуктивного успеха. Результаты этого исследования предполагают, что окраска может играть и другую биологическую роль: сильная антиоксидантная способность у зрелых самцов может быть связана с их территориальным поведением под палящим солнцем для снижения окислительного стресса от ультрафиолетового излучения.
Был выяснен ранее неизвестный у животных механизм изменения цвета тела красных стрекоз путём редокс-реакции пигментов. Красные зрелые самцы находились в антиоксидантном состоянии, и, поскольку этот красный цвет сохраняется долгое время даже в высушенных образцах, вероятно, существует некий механизм, поддерживающий пигменты в восстановленном состоянии.
Исследователи планируют провести комплексный анализ экспрессии генов с использованием технологий секвенирования следующего поколения, чтобы изучить молекулярные механизмы изменения цвета у красных стрекоз. Такие подходы позволят понять, как пигменты эффективно превращаются в восстановленную форму и как поддерживается их антиоксидантное состояние, что может привести к разработке полезных природных антиоксидантов.