Блог

Aug 04, 2023

Контрастный черный

Саранча, которую мы видим, обычно зеленая. Эта окраска обеспечивает защиту, позволяя саранче сливаться с зеленью и избегать хищников. Однако, когда саранча собирается в большую популяцию

Саранча, которую мы видим, обычно зеленая. Эта окраска обеспечивает защиту, позволяя саранче сливаться с зеленью и избегать хищников. Однако, когда саранча собирается в большую плотность населения и переходит из одиночной фазы в стадную, она вызывает тяжелые эпидемии. В результате этой трансформации цвет их тела также резко меняется от зеленого до черной спины и коричневого брюшка.

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances 23 августа, команда доктора Кан Ле из Института зоологии Китайской академии наук обнаружила специфический регуляторный фактор, ответственный за эту уникальную окраску.

Изменение цвета тела, наблюдаемое у саранчи, отражает их замечательную приспособляемость к окружающей среде. Подобно одиночной саранче, многие насекомые имеют зеленый цвет тела за счет сочетания желтого и синего пигментов. Однако исследования показали, что черный цвет тела обусловлен пигментацией меланина и оммохрома.

Несколько лет назад команда КАНГА продемонстрировала, что черный цвет спины саранчи не вызван типичным отложением меланина. Вместо этого он возникает в результате наложения красного комплекса, образованного β-каротинсвязывающим белком (βCBP) и β-каротином, на зеленую окраску одиночной саранчи.

Стайная саранча коричневая на брюшке и черная на спине. Путем протеомного анализа черных и коричневых покровов стадной саранчи исследователи обнаружили, что βCBP играет ключевую роль в формировании яркой черно-коричневой окраски тела. Распределение βCBP-β-каротина в бурых покровах значительно выше, чем в черных, и эта разница в распределении способствует черно-коричневой окраске тела.

Кроме того, фосфорилирование транскрипционного фактора bZIP ATF2 в его сериновом сайте и его последующая ядерная локализация способствуют экспрессии βCBP.

Последующие исследования показали, что этот механизм регулирования тесно связан с плотностью популяции саранчи. По мере увеличения плотности населения зеленая одиночная саранча трансформируется в черно-бурую стадную саранчу. Эта трансформация контролируется внутренним регуляторным процессом, в котором PKCα реагирует на плотность популяции путем быстрой активации и фосфорилирования ATF2 Ser327.

Это способствует проникновению ATF2 в ядро, облегчает его связывание с промотором βCBP и активирует его транскрипцию. Разница в уровнях фосфорилирования ATF2 между черными и коричневыми покровами саранчи объясняет разное количество βCBP, распределенного на спине и брюшной части, что в конечном итоге приводит к характерной черной спине и коричневой брюшной части стадной саранчи.

Изучение окраски тела саранчи имеет большое биологическое значение. У стадной саранчи пространственно различные сигнальные механизмы, которые регулируют экспрессию βCBP и фосфорилирование ATF2, имеют решающее значение для состава их черной спины и коричневой брюшной части. βCBP действует как кисточка, покрытая пигментом β-каротином, придавая саранче цвет, который меняется от зеленого к черному по мере увеличения плотности популяции, в то время как гораздо более высокие уровни βCBP-β-каротина на брюшной части приводят к коричневому цвету.

Это исследование раскрывает способность организмов достигать различных рисунков окраски тела посредством точного контроля отложения пигмента и проливает свет на эволюцию адаптаций к окружающей среде в предупреждающей окраске и стратегиях группового защитного выживания. Стайная саранча использует свою черно-коричневую предупреждающую окраску, которая связана с запахом фенилацетонитрила и токсина цианистого водорода, для усиления апосематизма путем стимуляции как зрительных, так и обонятельных чувств. Стайная саранча не только предупреждает хищников, но и может содержать большие стаи, способствуя распознаванию сородичей по отчетливой окраске тела.

Повсеместное явление в мире насекомых — потемнение окраски тела пропорционально плотности популяции. Раскрытие этой закономерности дает важный ключ к пониманию того, как изменения плотности населения могут привести к изменениям окраски тела. Кроме того, это открытие имеет важные практические последствия для предсказания и прогнозирования вредителей.