Насекомые составляют более 75 процентов всех видов животных; некоторые из них полезны, например опылители, но другие являются переносчиками болезней.«Насекомые теряют способность поддерживать правильный баланс соли и воды на холоде. Когда они охлаждаются, натрий и вода перемещаются из крови насекомых в их кишечник», — сказал Хит Макмиллан, руководивший исследованием. «Это плохая новость для насекомого, потому что оно концентрирует калий в гемолимфе [крови], где и остается».В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Scientific Reports, исследователи из Канады, Дании и Соединенного Королевства предполагают, что разница между жизнью и смертью насекомого на холоде заключается в поддержании низкого уровня калия в их крови (гемолимфа).
Люди вырабатывают избыточное тепло, и удерживать это тепло означает оставаться поджаренным в холодную зимнюю ночь. У насекомых, однако, температура тела такая же, как и у воздуха вокруг них (они эктотермины), а это означает, что если на улице 0 ° C, у насекомого 0 ° C внутри, и шляпа не поможет.
Многие насекомые в ходе эволюции стали удивительно терпимы к резким перепадам температуры, но другие совершенно нетерпимы и умирают после кратковременного воздействия холода.«Как и мы, насекомые всегда стараются поддерживать низкий уровень калия за пределами своих клеток, потому что высокий уровень может полностью нарушить нервную сигнализацию и способность мышц сокращаться. Если уровень калия становится достаточно высоким на холоде, они могут даже вызвать постоянную ткань ущерб и смерть ", — сказал Макмиллан.
Макмиллан и его сотрудники думали, что если насекомые могут поддерживать водно-солевой баланс на морозе, это может иметь какое-то отношение к мальпигиевым канальцам. Это связано с тем, что мальпигиевы канальцы насекомых являются органами, которые выполняют такую же физиологическую роль, что и почки млекопитающих, которые помогают млекопитающим поддерживать солевой и водный баланс, удаляя соли и воду из крови по мере необходимости.Команда изучила влияние холода на солевой и водный баланс у пяти видов плодовых мух, собранных в разных местах по всему миру. «Виды мух из высоких широт, где зимы более холодные, намного лучше поддерживали ионный и водный баланс при низких температурах», — сказал Макмиллан.
Эта способность выживать в холоде, по-видимому, связана именно с мальпигиевыми канальцами. «Канальцы холодоустойчивых насекомых помогают поддерживать нормальный уровень натрия и калия в крови во время воздействия холода, в то время как те насекомые, которые легко убиваются низкой температурой, утратили способность правильно регулировать солевой баланс на холоде».Йоханнес Овергаард, адъюнкт-профессор Орхусского университета, который работал над исследованием, сказал: «Эта работа важна, потому что она определяет физиологические механизмы в конкретных органах, которые могут определить, живет ли насекомое или умирает при низких температурах». сказал. «Это важный шаг вперед в нашем понимании устойчивости насекомых к стрессу, и он может помочь нам предсказать, как различные виды насекомых будут реагировать на изменение климата».
Авторы исследования надеются, что это исследование также внесет вклад в разработку новых способов борьбы с насекомыми-вредителями. «Это фундаментальное знание имеет решающее значение», — сказала профессор Ширин Дэвис из Университета Глазго, соавтор исследования. «Канальцы мальпигиевых канальцев регулируются некоторыми гормонами, которые есть только у насекомых, поэтому существует большой потенциал для безопасного и точного изменения способности сельскохозяйственных вредителей или насекомых, которые являются переносчиками болезней, регулировать солевой и водный баланс во время стресса. , мы можем найти новые и безопасные способы контролировать, насколько хорошо эти виды переживают зиму в умеренном и полярном климате ».Это исследование было поддержано Датским советом по независимым исследованиям и Фондом Карлсберга в Дании, а также при содействии постдокторской стипендии Фредерика Бантинга из Совета по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады; и грант Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук Соединенного Королевства.