Гусениця до метелика: новий пролив про дієту, стероїдні гормони та розвиток

Дослідники Цукуби виявляють новий захоплюючий зв’язок між харчуванням та розвитком плодових мух, який передбачає прямий зв’язок між мозком та частинами органу комахи, що виділяє важливий гормон. Це допомагає пояснити, коли і як гусениці перетворюються на метеликів, і може допомогти нам зрозуміти, як і коли діти переростають у дорослих.

Як контролюється час статевого дозрівання? Відповідь може полягати в розумінні часу метаморфози - версії статевого дозрівання комах, згідно з дослідженнями, про які нещодавно повідомляли доктор Юко Шимада-Ніва та д-р Рюсуке Ніва з Університету Цукуби. Це дослідження було опубліковане 15 грудня 2014 року в науковому журналі Nature Communications.

Час зміни розвитку від гусениці до метелика або дитини до дорослої людини тісно пов'язаний з харчуванням. Основними гормонами, що беруть участь у цій зміні, є стероїдні гормони. У людини стероїдні гормони відповідають за статеве дозрівання і виробляються в мозку та/або статевих органах. На їх виробництво сильно впливає дієта. Без належного харчування вироблення стероїдних гормонів затримується, що призводить до затримки настання статевого дозрівання. З іншого боку, зв’язок між нинішньою епідемією ожиріння у багатьох країнах та раннім початком статевого дозрівання продовжує викликати велику стурбованість.

Використовуючи версію лабораторного щура для комах, плодової мухи Drosophila melanogaster, лабораторія Niwa вивчала форму комах стероїдного гормону, екдистероїд. Екдистероїд необхідний для метаморфози, неймовірного перетворення від личинки (мухової версії гусениці) до лялечки (мухової версії кокона) і, нарешті, до дорослої мухи.

Використання дуже елегантних генетичних методів та детальних анатомічних досліджень під мікроскопом дозволило дослідникам знайти групу нейронів, які безпосередньо виходять з мозку в проторакальну залозу (ПГ), спеціалізований орган, що продукує екдистероїди, поблизу мозку, а також далі - в першу частину кишечника - обладнання для годування, таке як рот і передня кишка. "Морфологія нейронів настільки складна, що на сьогодні ніхто не міг стежити за трактами нейронів і положеннями клітинних тіл", - сказала Юко. Вона старанно розібрала багато генетично позначених личинок мух, щоб визначити цей нейрональний шлях, що виходить за межі мозку та в живильне обладнання мух.

Дивно, але проекції нейронів змінювались залежно від того, яку їжу давали личинкам. При нормальному харчуванні, багатому дріжджами, проекція нейронів була значно довшою, ніж коли голодували личинки. У голодуючих личинок розвиток також затримувався. Коли голодним личинкам давали нормальний раціон, наслідки раніше поганого раціону були скасовані, а розвиток продовжувався як і раніше.

Ця група нейронів, що виходить за межі мозку, виробляє нейромедіатор серотонін. Серотонін, який іноді називають `` гормоном щастя '' у людей, виконує роль як людини, так і комах у пам'яті, апетиті, сні та поведінці. Коли функція цих нейронів, що продукують серотонін, порушується у плодових мух, рівень екдистероїду знижується, а розвиток затримується. Дослідники припустили, що при звичайній дієті серотонін виділяється цими нейронами в орган, що продукує екдистероїди, PG, стимулюючи його виробляти велику кількість екдистероїду, що дозволяє продовжувати розвиток. Той факт, що ці нейрони також безпосередньо пов'язані з органом, що продукує гормон комахи, свідчить про нову захоплюючу роль серотоніну у зв'язуванні дієти з утворенням стероїдних гормонів і, згодом, до ролі в метаморфозі. За словами Рюсуке, "генетичні програми можна гнучко координувати в контексті поживного середовища. Цей механізм дозволяє тваринам підвищити придатність до виживання та репродуктивний успіх".

Отже, як мінімум у плодових мух гормон щастя серотонін допомагає контролювати терміни розвитку залежно від поживних речовин. Але як щодо нас? Ми отримуємо метеликів у шлунку, лише думаючи про це ...