Изменения в запасании и метаболизме питательных веществ помогают плодовым мушкам достичь зрелости

Биологи-эволюционисты из RIKEN с помощью экспериментов и математического моделирования проанализировали переходные процессы, предшествующие метаморфозу у личинок плодовой мушки. Они также выявили стратегии выживания, лежащие в основе этих переходов. Хотя исследование проводилось на плодовых мушках, оно может иметь значение и для других видов, включая человека.

Личиночная стадия в жизненном цикле плодовых мушек — это борьба за выживание, в ходе которой личинки активно добывают питательные вещества, пока не достигнут определённого критического веса. До этого контрольного пункта зрелости голодание фактически останавливает рост личинок, и многие особи гибнут. Однако преодоление порога критического веса запускает переход в куколочную стадию, и последующее развитие органов и тканей продолжается даже в отсутствие питательных веществ.

Модель, созданная командой Такаши Нисимуры, показала, что на ранней личиночной стадии мушки реагируют на голодание, расходуя запасённые питательные вещества для немедленного выживания. Но как только личинки вступают в стадию созревания, реакция на голодание сменяется стратегией сохранения накопленных ресурсов, что способствует долгосрочной приспособленности через успешное завершение созревания.

Созревание в первую очередь контролируется стероидными гормонами — экдистероидами. Исследователи выяснили, как эти сигнальные молекулы модулируют сдвиги в метаболической активности при вступлении личинок в стадию созревания. Например, они наблюдали чёткую опосредованную экдистероидами регуляцию запасания гликогена, триглицеридов и других важных биомолекул, которые могут как поддерживать прогресс развития, включая метаморфоз, так и служить важным ресурсом выживания для взрослой мухи в условиях дефицита. Анализ выявил конкретные ферментативные пути, влияющие на этот метаболический сдвиг на стадии созревания личинки.

Это открытие заполняет критический пробел в понимании того, как развивающиеся насекомые поддерживают свой метаболический баланс при изменении биоэнергетических потребностей в жизненном цикле.

Нисимура надеется, что их результаты проложат путь для будущих исследований того, как другие виды модулируют метаболическую активность в ходе развития. «Многие организмы, включая млекопитающих, имеют сходные контрольные системы. Однако неясно, какие пути обеспечивают это созревание — например, у человека в начале полового созревания».