_ Cercetătorii descoperă Originea paleocenului a relațiilor simbiotice la gândacii de frunze

Gândacii viu colorați care se hrănesc cu o gamă largă de plante posedă capacități metabolice robuste, datorită bacteriilor care se află în organele specializate din tractul lor digestiv. Bacteria Stammera furnizează enzime esențiale care le permit gândacilor Cassidinae să digere în mod eficient componentele peretelui celular al plantei.

Cercetătorii de la Institutul de Biologie Max Planck din Tübingen au descoperit originea străveche a acestei relații specializate. Ei au descoperit că gândacii de frunze simbiotice prezintă o diversitate mai mare a speciilor decât rudele lor nesimbiotice. Aceste descoperiri, care expun momentul simbiozei care datează de 62 de milioane de ani și rolul său esențial în adaptare, sunt publicate în Current Biology.

În ecosisteme precum pădurile tropicale din Panama - un punct fierbinte al biodiversităţii - gândacii de frunze reprezintă un prim exemplu de mutualism, în care două specii distincte colaborează pentru a se adapta la medii provocatoare, împărtășind, mai degrabă decât concurând pentru, aceleași resurse. Complementaritatea dintre simbiont și gazdă reprezintă baza metabolică a interacțiunii, în special în ceea ce privește deconstrucția peretelui celular al plantei.

„Am fost curios să explorez cât de răspândită este această simbioză, dacă capacitățile ei metabolice sunt împărtășite între specii și modul în care acest lucru influențează rolul lor în habitatul natural”, a declarat Marleny García-Lozano, cercetător doctor și autor principal al studiului.

Grupul de cercetare Max Planck privind mutualisme a colaborat cu cercetători din Japonia, Țările de Jos și Panama, inclusiv Dr. Donald Windsor, un expert renumit în gândacii de frunze de la Institutul de Cercetare Tropical Smithsonian. Cercetătorii s-au aventurat în teren pentru a colecta aceste insecte interesante pentru a completa disecția lor genomică și moleculară a interacțiunii din laborator.

În 2017, dr. Hassan Salem, liderul grupului de cercetare Max Planck și autor principal al lucrării Studiul, a identificat mai întâi funcția primară a bacteriei de producere a enzimelor pectinaze, cruciale pentru digerarea hranei din frunze, deoarece gândacii de frunze nu au enzimele necesare pentru acest proces.

Dr. Salem spune: „Microbii pot juca un rol enorm în studiul nostru asupra modului în care animalele iradiază în medii noi. Luarea în considerare a potențialului metabolic al animalelor și al microbilor lor este crucială pentru studiul holistic al adaptării.”

Fără celulă. enzimele care degradează pereții furnizate de Stammera, al cărei genom a fost optimizat la mai puțin de 0,3 Mb, fiziologia digestivă a gândacului ar fi incapabilă să digere materialul vegetal, privându-le de nutrienți esențiali.

„Sunt într-o obligație obligatorie. Bacteriile nu pot supraviețui fără insectă, iar dacă le scoatem din insectă, gândacul va muri în câteva zile”, spune García-Lozano. Microbul simbiotic Stammera ajustează expresia genelor care codifică enzimele digestive pentru a se alinia cu nevoile specifice ale gazdei sale prin dezvoltare. În consecință, Stammera produce enzimele necesare pentru a satisface cerințele nutriționale ale organismului gazdă, sporind astfel vigoarea generală a acestora.

Cercetătorii au fost surprinși că nu toți gândacii au conținut această simbioză obligatorie atunci când au apărut cele 6.000 de specii de clade Cassidinae. , în ciuda rolului său esențial în digestia și creșterea insectelor.

Studiul arată că achiziția Stammera de către gândacii de frunze a avut loc în timpul Paleocenului, cu aproximativ 62 de milioane de ani în urmă (Mya). Înțelegerea când gazda a dobândit acest simbiont subliniază contextul istoric, procesele co-evolutive și implicațiile pentru adaptare rezultate din parteneriatele simbiotice.

În general, această explorare cuprinzătoare a relațiilor simbiotice cu insecte, combinând abordări complementare - de la chimie analitică la genomică și teste de teren până la evoluția moleculară într-un context paleontologic - subliniază rolul vital al interacțiunilor moleculare în modelarea diversității speciilor de insecte și rețele ecologice. Protejarea și menținerea sănătății și rezilienței ecosistemului este esențială pentru înțelegerea interacțiunilor complexe dintre insecte, plante și microorganisme.

(Fluierul)