O pochodzeniu owadziego hełmu, czyli obcy są wśród nas

Owad z rodziny zgarbkowatych - albo innymi słowy: drzewny skoczek/ źródło: flickr; Gerald Yuvallos (CC BY-NC-ND) ©2009

Większość z nas oglądając sagę Ridleya Scotta po jednym rzucie okiem na Obcego krzywi się z obrzydzeniem. Abstrahując jednak od wyżerającej dziury w stali krwi, czy wyskakującej z gardła wtórnej szczęki, nie można nie zachwycić się projektem tej postaci. Nieprzypadkowe jest też zapewne podobieństwo zarówno budowy, jak i cyklu życiowego tego potwora, do wielu owadów. Nie można więc nie zadać pytania, czy aby przypadkiem artysta Hans Giger, który zaprojektował Obcego, nie był zainspirowany żyjącymi na Ziemi „kosmitami” w nieco mniejszej skali: pluskwiakami z rodziny zgarbkowatych (w języku angielskim znanych pod dźwięczną nazwą treehoppers, czyli drzewne skoczki).

Cechą charakterystyczną zgarbkowatych jest bowiem bogactwo form. Zestawiwszy obok siebie kilkanaście gatunków z tej rodziny można mieć poważne wątpliwości co do ich pokrewieństwa. Przednia część ich tułowia przyjmować może niewyobrażalną wprost mnogość form i struktur – nazywanych najczęściej hełmem – które pełnią najprawdopodobniej funkcję kamuflażu, upodabniając te owady do otoczenia.

Ta ornamentyka hełmów nie jest jednak jedyną wyjątkową cechą skoczków (pardon za tę niesystematyczną, ale jakże bardziej przyjazną nazwę). Także pochodzenie tej części ich ciał pozostaje nielada zagadką. Grupa biologów z Marsylii na łamach ostatniego numeru Nature postawiła jednak nowy postulat, który w przełomowy sposób tłumaczy, skąd też wzięły się te cuda.

Hełm skoczków jest wśród nich powszechny – jest też jedyną cechą, która odróżnia je od cykad. Do tej pory uważano, że hełm jest po prostu odkształceniem pierwszego fragmentu tułowia (wspomnianego już przedtułowia, czyli pronotum). Autorzy postanowili jednak sprawdzić, czy aby na pewno – czy też być może jest to przekształcona odrębna funkcjonalna część ciała, wyrostki w stylu np. odnóży lub skrzydeł. Zwłaszcza gdyby się okazało, że to te ostatnie, byłaby to spora niespodzianka, albowiem w ostatnich 250 milionach lat owadziej ewolucji nie miało miejsca pojawienie się nowej pary skrzydeł w anatomicznym schemacie budowy ciała.

Aby można było mówić o odrębnej od przedtułowia części ciała, hełm musiałby być połączony z nim za pomocą stawów – obecne by też były zapewne dodatkowe mięśnie i ścięgna pomiędzy hełmem a przedtułowiem. Badacze odkryli, że u padanego przez nich Publilia modesta hełm jest z przedtułowiem połączony w sposób dość elastyczny, sugerując, że coś może być na rzeczy… Francuzi użyli zatem skaningowego mikroskopu elektronowego, żeby dokładniej przyjrzeć się budowie stadium larwalnego badanego owada.

Wyniki skanu SEM pierwszego (czerwony) i drugiego (niebieski) segmentu tułowia w pierwszym (a) i piątym (b) stadium larwalnym. Poniżej skan przekrojowy pokazujący analogiczne wiązanie pomiędzy tułowiem a hełmem (f) oraz tułowiem a skrzydłem (g)./ Za zgodą Macmillan Publishers: Prud'homme et al., Nature 473: 83 ©2011

Z tych przekrojowych skanów badacze dowiedzieli się, że pochodzenie hełmu jest dwustronne, piersiowo-grzbietowe. Jedynymi innymi wyrostkami o takim pochodzeniu u owadów są skrzydła. Zaczęli więc podejrzewać, że być może hełm jest rzeczywiście przekształconą pochodną skrzydeł. W tym przekonaniu dodatkowo utwierdziło ich duże podobieństwo morfologiczne obu tych rodzajów wyrostków.

W następnej kolejności Francuzi rzucili się na analizę genetyczną, która potwierdziła ich wstępne podejrzenia: zarówno budowa hełmu, jak i skrzydeł, są regulowane przez te same geny, Dll oraz hth, sugerując, że są to homologi. Jak wspomniałem na wstępie, odkrycie, że hełm to przekształcone skrzydła, jest dość nieoczekiwane. W procesie ewolucji anatomicznego planu ciała owadów skrzydła, oraz skrzydłopochodne wyrostki (np. przezmianki), ogracznione zostały do drugiego i trzeciego segmentu tułowia. Proces ten jest kontrolowany przez geny z rodziny Hox , które hamują formację skrzydeł w innych segmentach tułowia. Ta ich funkcja pozostawała niezmienna przez 250 milionów lat ewolucji owadów. Pochodzenie hełmu skoczków jest tym bardziej zaskakujące, że geny te ulegają u nich normalnej ekspresji, nie ma więc powodu, aby nie działały. Przetestowano to zresztą na zmodyfikowanych drozofilach, aby upewnić się, że skoczkowa wersja genu rzeczywiście działa – i owszem, działała.

Autorzy pracy sugerują, że zgarbkowate wykształciły na pierwszym segmencie tułowia parę skrzydeł, która jest odporna na działanie genu Hox. Na dokładne wytumaczenie tego fenomenu trzeba jednak będzie poczekać do kolejnej publikacji…

Prud’homme, B., Minervino, C., Hocine, M., Cande, J., Aouane, A., Dufour, H., Kassner, V., & Gompel, N. (2011). Body plan innovation in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage Nature, 473 (7345), 83-86 DOI: 10.1038/nature09977

P.S. Zapraszam do obejrzenia galerii drzewnych skoczków w galeryjnej części bloga.