Jak gąsienice makabrycznie przekształcają się w motyle
Metamorfoza gąsienicy z czepiającego się drzewa, 12-nogiego szkodnika w majestatycznego latającego motyla jest częstą metaforą całkowitych przemian. Jest to naprawdę fantastyczny mechanizm stworzony przez naturę, jednak podczas gdy z zewnątrz może wydawać się fantastyczny, w głębi poczwarki transformacja ta wygląda dość makabrycznie. W skrócie, aby gąsienica przekształciła się w motyla, trawi samą siebie za pomocą enzymów wyzwalanych przez hormony. Następnie z uśpionych komórek (podobnych do komórek macierzystych) wyrastają części ciała przyszłego motyla. Myślałeś, że dojrzewanie jest wredne? Poczekajcie, aż przeczytacie dalej.
Trudna transformacja
Nasza historia zaczyna się od głodnej gąsienicy, która właśnie wykluła się z jajka. Wkrótce, mała gąsienica (naukowo znana jako larwa) wypycha się liśćmi, rosnąc stopniowo. Kiedy już przerośnie ich obecną skórę, hormon zwany ecdysone jest uwalniany, instruując larwę do wylinki. Po pięciokrotnej wylince larwa przestaje się odżywiać, zwisa do góry nogami z gałązki lub liścia, a następnie albo przędzie jedwabisty kokon, albo przeobraża się w błyszczącą poczwarkę. Proces ten jest napędzany przez ten sam hormon, ecdysone, ale tym razem działa on w połączeniu z innym hormonem zwanym hormonem juwenilnym. To właściwie brak hormonu juwenilnego, który uruchamia mechanizm metamorfozy.
Hormon juwenilny działa w celu opóźnienia metamorfozy przez cały etap larwy. Działa poprzez blokowanie genów w dyskach imaginalnych – maleńkich dyskowatych workach komórek, które kopią do działania, gdy gąsienica owija się w poczwarce, ostatecznie zamieniając się w antenę, oko, skrzydło lub inny bit motyla. Jako taki, hormon juwenilny jest niezbędny do przetrwania gąsienicy przed metamorfozą. Widzisz, kiedy larwa osiągnie ostatnią wylinkę i rozpocznie metamorfozę, dziwne rzeczy dzieją się z jej ciałem. Komórki w mięśniach, jelitach i śliniankach larwy zostają strawione i służą jako części zamienne dla przyszłego motyla. Każda komórka jest zaprogramowana do autodestrukcji poprzez aktywację enzymów zwanych kaspazami.
Kaspazy rozrywają białka komórki, uwalniając pierwszorzędny materiał do tworzenia motyli. Gdyby nie hormon juwenilny, mogłoby to nastąpić w każdej chwili, zabijając gąsienicę. Zamiast tego, natura zaprogramowała hormon tak, aby obniżyć jego poziom w idealnym momencie dla metamorfozy. Przy mniejszej ilości hormonu juwenilnego, zamiast wywoływać regularną wylinkę, ecdysone napędza gąsienicę do poczwarki. Gdy gąsienica rozpada się wszystkie jej tkanki z wyjątkiem tarcz imaginalnych, te tarcze używają bogatej w białko zupy otaczającej je do napędzania szybkiego podziału komórek wymaganego do tworzenia skrzydeł, anten, nóg, oczu, genitaliów i wszystkich innych cech dorosłego motyla lub ćmy. Dysk imaginalny dla skrzydła muszki owocowej, na przykład, może zacząć się od zaledwie 50 komórek i zwiększyć się do ponad 50 000 komórek do końca metamorfozy.
Metamorfoza nie jest tylko jakąś piękną fizyczną transformacją, jednak. Jest to oszałamiający pokaz mechanizmu ewolucyjnego w pracy. Motyle i gąsienice nie tylko wyglądają inaczej – one również zachowują się inaczej. Jedne żyją na drzewach, a drugie latają. Co najważniejsze, jedne żywią się liśćmi, a drugie wyłącznie nektarem. W ekosystemie jest dużo miejsca na współistnienie obu gatunków, ponieważ nie przeszkadzają sobie nawzajem w zdobywaniu pożywienia. To jest genialne!
Wewnątrz kokonu
Niestety niewiele jest materiałów filmowych, które pokazują metamorfozę przy pracy. Powyższe zdjęcie zostało zrobione przez Michaela Cooka, któremu udało się uchwycić jedwabnika tussah (Antheraea penyi) w rzadkiej pozycji – podczas nieudanej próby przędzenia kokonu. Można zobaczyć delikatne, półprzezroczyste jadeitowe skrzydła, czułki i nogi poczwarki, która jeszcze nie dojrzała do postaci dorosłej ćmy – spojrzenie na to, co zwykle pozostaje ukryte w kokonie.
Na szczęście żyjemy w XXI wieku. Korzystając z nowoczesnych technik obrazowania, takich jak tomografia komputerowa, możemy zajrzeć do wnętrza kokonu, nie zakłócając tego niezwykle delikatnego procesu. Poniższy film został nakręcony przez naukowców pracujących w Muzeum Historii Naturalnej w Londynie.