Вес имеет значение: возможно, цикады не управляют своими жизненными циклами с помощью простых чисел

Странный жизненный цикл периодических цикад

Периодические цикады обладают одним из самых странных жизненных циклов в животном мире. Цикады-семилетки проводят 99,5% своей жизни под землёй в стадии нимфы, что является самым длинным строго регулируемым периодом взросления среди насекомых.

Затем весной на 17-м году жизни они одновременно появляются на поверхности, и самцы кричат в течение своей четырёх–шестинедельной взрослой жизни. До сих пор оставалось загадкой, как эти насекомые регулируют время своего взросления и появления.

Сложности изучения

Длительный жизненный цикл периодических цикад делает выращивание нимф для изучения чрезвычайно сложным. Однако недавно группа исследователей из Японии и Соединённых Штатов, включая команду из Киотского университета, решила заняться этой загадкой.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

Теория о «воротах развития»

Исследовательская группа предложила теорию, основанную на «воротах развития» каждые четыре года, в зависимости от критической массы тела. Они выдвинули гипотезу, что нимфы проверяют свой вес каждые четыре года. Если их вес превышает критическое значение, они решают появиться следующей весной.

«Цикады рода Magicicada — чрезвычайно загадочная группа насекомых, и то, как они управляют своими жизненными циклами, — это загадка, которую я хотел решить», — говорит ответственный автор исследования Тэйдзи Сота.

Методы исследования

Исследовательская группа изучала рост, развитие и экспрессию генов у нимф в возрасте от 11 до 16 лет, выкапывая нимф, принадлежащих к разным годовым группам, или выводкам, в разных районах восточной части Соединённых Штатов осенью. Они также проанализировали экспрессию генов у 17-летних нимф непосредственно перед появлением.

Согласно выводам группы, решение о появлении сопровождается изменением цвета глаз с белого на красный. Почти все наблюдаемые нимфы-шестнадцатилетки были красноглазыми и имели большой вес тела, вероятно, выше критического порога.

Кроме того, небольшая, но значительная часть нимф-двенадцатилеток имела красные глаза и больший вес тела, чем белоглазые представители их выводка. В отличие от них, нимфы других возрастов почти всегда были белоглазыми, даже если у них был большой вес тела.

Результаты исследования

Красноглазые нимфы демонстрировали повышенную экспрессию генов, отвечающих за реакцию на внешние раздражители и за развитие взрослой морфологии. Однако гены, отвечающие за взрослую метаморфозу и линьку, или сбрасывание экзоскелета, экспрессировались только после зимовки на 17-м году жизни.

Эти результаты согласуются с гипотезой группы, но некоторые загадки остаются.

«Самый загадочный и сложный компонент нашей гипотезы о контроле жизненного цикла — это часовой механизм, который подсчитывает четырёхлетний цикл», — говорит Сота. «Если четырёхлетний механизм подсчёта существует, он может быть основан на эпигенетическом цикле».

Это исследование было посвящено 17-летним цикадам, но ожидается, что основные компоненты этого механизма контроля жизненного цикла будут такими же у 13-летних цикад. Врождённая генетическая разница в скорости роста между 13- и 17-летними цикадами может привести к четырёхлетней разнице в достижении критической массы тела, что исследователи планируют изучить в будущем.

Предоставлено Киотским университетом.

Источник