Caterpillar a pillangóig: Új fény derül az étrendre, a szteroid hormonokra és a fejlődésre

A Tsukuba kutatói egy izgalmas új kapcsolatot fedeznek fel a táplálék és a gyümölcslegyek fejlődése között, amely közvetlen összefüggésben áll az agy és a fontos hormont kiválasztó rovarszerv részei között. Segít megmagyarázni, hogy mikor és hogyan válnak pillangókká a hernyók, és segíthet megérteni, hogyan és mikor fejlődnek a gyermekek felnőttekké.

Hogyan szabályozzák a pubertás időzítését? Dr. Yuko Shimada-Niwa és Dr. Ryusuke Niwa, a Tsukubai Egyetem nemrégiben beszámolt kutatása szerint a válasz a metamorfózis, a pubertás rovarváltozatának megértésében rejlik. Ezt a kutatást 2014. december 15-én tették közzé a Nature Communications tudományos folyóiratban.

A hernyóról pillangóra, vagy gyermekről felnőttre történő fejlődés változásának időzítése szorosan összefügg az étrenddel. A változásban részt vevő fő hormonok a szteroid hormonok. Emberekben a szteroid hormonok felelősek a pubertásért, és az agyban és/vagy a nemi szervekben keletkeznek. Termelésüket erősen befolyásolja az étrend. Megfelelő táplálkozás nélkül a szteroid hormon termelése késik, ami késlelteti a pubertás kezdetét. Másrészt a sok országban jelenleg tapasztalható elhízási járvány és a pubertás korai kezdete közötti kapcsolat továbbra is nagy aggodalomra ad okot.

A laboratóriumi patkány, a gyümölcslégy Drosophila melanogaster rovarverziójának felhasználásával a Niwa laboratórium a szteroid hormon, az ecdysteroid rovarformáját tanulmányozta. Az ecdysteroid elengedhetetlen a metamorfózishoz, a hihetetlen átalakuláshoz egy lárvából (a hernyó legyes változata) bábává (a gubó legyes változata) és végül egy felnőtt légyvé.

Nagyon elegáns genetikai technikák és részletes anatómiai vizsgálatok mikroszkóp alatt lehetővé tették a kutatók számára, hogy olyan neuronok csoportját találják meg, amelyek az agyból közvetlenül a protoracalis mirigybe (PG), az agy közelében található speciális ecdysteroid termelő szervbe vetülnek ki, valamint azon túl - a bél első részébe - az etetőeszközök, például a száj és az előbél. "Az idegsejtek morfológiája annyira bonyolult, hogy a mai napig senki sem tudta követni az idegsejtek pályáját és a sejttestek helyzetét" - mondta Yuko. Gondosan feldarabolt számos genetikailag jelölt légylárvát, hogy azonosítsa ezt az agyon kívüli és a legyek etetőberendezésébe nyúló idegsejtutat.

Meglepő módon az idegsejtek vetületei attól függően változtak, hogy a lárvák milyen táplálékot kaptak. Normál élesztőgazdag étrendben táplálva az idegsejtek vetülete lényegesen hosszabb volt, mint amikor a lárvákat éheztették. Az éhező lárvákban a fejlődés is késett. Amikor az éhezett lárvák normál étrendet kaptak, a korábban nem megfelelő étrend hatásai megfordultak, és a fejlődés a szokásos módon folytatódott.

Ez a neuroncsoport, amely az agyon kívülre nyúlik, a szerotonint termeli a neurotranszmittert. A szerotoninnak, amelyet emberekben néha „boldogsághormonnak” hívnak, mind az emberek, mind a rovarok szerepe van az emlékezetben, az étvágyban, az alvásban és a viselkedésben. Amikor ezeknek a szerotonint termelő idegsejteknek a működése a gyümölcslegyekben megszakadt, az ecdysteroid szintje csökkent és a fejlődés késett. A kutatók feltételezték, hogy normális étrend mellett ezek a neuronok a szerotonint szabadítják fel az ecdysteroidot termelő szervbe, a PG-be, serkentve azt, hogy nagy mennyiségű ecdysteroidot állítson elő, ezáltal lehetővé téve a fejlődés folytatását. Az a tény, hogy ezek az idegsejtek közvetlenül kapcsolódnak a rovarhormonokat termelő szervhez, a szerotonin izgalmas új szerepét sugallja az étrend és a szteroid hormon képződésének, majd ezt követően a metamorfózis szerepének összekapcsolásában. Ryusuke szerint "a genetikai programok rugalmasan összehangolhatók a tápanyag-környezet összefüggésében. Ez a mechanizmus lehetővé teszi az állatok számára a túlélési alkalmasság és a szaporodási siker növelését".

Tehát, legalább a gyümölcslegyekben a szerotonin boldogsághormon segít táplálékfüggő módon szabályozni a fejlődés időzítését. De mi van velünk? Pillangókat kapunk a gyomrunkban, ha csak arra gondolunk ...