Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова изучили, как изменяются относительные размеры органов насекомых в процессе в процессе миниатюризации — уменьшения размеров тела насекомых в ходе эволюции. Проведенная работа показала, что минимальные достижимые размеры насекомых ограничиваются размерами системы размножения и нервной системы. Исследователи представили свою работу в журнале Scientific reports.

Внутренние органы насекомыхВ ходе эволюции под действием различных факторов размеры тел насекомых отдельных видов могут становиться меньше. Этот процесс, называемый миниатюризацией, приводит к тому, что насекомые могут достигнуть размера одноклеточного организма.  Пример мельчайших насекомых — жуки перокрылки и перепончатокрылые мимариды.  Их размер составляет доли миллиметра.

Идея работы, по словам автора статьи, доктора биологических наук Алексея Полилова, состояла в том, чтобы установить закономерности изменения относительных объемов различных органов и систем при уменьшении размеров тела насекомого. Биологи проанализировали большой объем данных и построили 30 полных и 26 частичных трехмерных компьютерных реконструкций для 22 видов насекомых из 11 семейств, принадлежащих к пяти отрядам (щетинохвостки, сеноеды, трипсы, жесткокрылые и перепончатокрылые). Ученые исследовали насекомых длиной от 2 см до 0,22 мм. Таким образом, самое крупное из исследованных насекомых было больше самого мелкого в 100 раз по размеру и в 100 000 раз по объему.

Выяснилось, что большинство систем органов насекомых могут быть уменьшены во много раз, при сохранении пропорций. "Системы органов сохраняют организацию, а некоторые — даже неизменный относительный объем, несмотря на многократные уменьшения размеров", — отмечает Алексей Полилов. Интересно, что даже у мельчайших насекомых с уменьшением размеров тела, становится меньше относительный объем метаболических систем, тканей внутренней среды и трахейной системы. При этом половая и нервная системы при уменьшении размеров тела наоборот, демонстрируют многократное увеличение относительного объема.

"Видимо, именно эти системы ограничивают минимальные размеры тела насекомых. При сравнении наших результатов с литературными данными по позвоночным животным удалось показать, что при тех же масштабах изменения размеров тела, большинство органов позвоночных меняются непропорционально. Таким образом, мы показали, что конструкция насекомых лучше переносит масштабирование, особенно уменьшение размеров тела", — пояснил ученый.

В дальнейшем исследователи планируют расширить круг изучаемых объектов за счет привлечения насекомых из разных отрядов: коллембол, клещей и других членистоногих.
Выявленные принципы и закономерности миниатюризации  могут найти применение при разработке устройств биотехнологий и робототехники.

Источник: РИА Новости

Геологическая летопись свидетельствует о том, что в древности (каменноугольном периоде) существовали насекомые с гигантским размахом крыльев — до 70 см. Обычно это объясняется более высокой концентрацией кислорода в атмосфере.

Американским учёным удалось вырастить гигантских насекомых Исследователи из Университета штата Аризона (США) под руководством Джона Ванденбрукса отважились на серию небывалых экспериментов, дабы своими глазами увидеть, как различные уровни кислорода влияют на эволюцию. Для этого в лабораторных условиях учёным пришлось растить мутантов: тараканов, стрекоз, кузнечиков, мучных червей и т. д.

Выращивать стрекоз сложнее всего — ведь им надо охотиться. Поэтому удалось поднять только 75 особей в трёх группах с концентрацией кислорода 31% (самый высокий из известных показателей), 21% (современный уровень) и 12% (самый низкий из известных). Тараканы менее прихотливы: 100 особей в семи группах (от 12 до 40%).

Как и ожидалось, в атмосфере, перенасыщенной кислородом, почти все насекомые (особенно стрекозы) росли быстрее. Уменьшение размеров при более низких уровнях кислорода было зафиксировано у десяти из двенадцати изученных видов, что тоже соответствовало предсказаниям.

А вот тараканы решили соригинальничать. При более высокой концентрации кислорода их рост замедлялся почти в два раза. Тщательный анализ показал, что трахейные трубки этих существ намного меньше по сравнению с таковыми у особей, выращенных при сниженной концентрации кислорода. В сочетании с отсутствием увеличения общих размеров тела это позволяло «обогащённым» тараканам тратить больше энергии на развитие пищеварительных и половых органов.

Теперь учёные горят желанием взглянуть на трахейные трубки древних тараканов, сохранившихся в янтаре. Если обнаружится корреляция, мы узнаем много нового об эволюции.

Результаты исследования были представлены на ежегодной конференции Геологического общества Америки.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА