У периодических цикад один из самых странных жизненных циклов в животном мире. 17-летние цикады проводят 99,5 % своей жизни под землёй в неразвитом состоянии нимфы, что является самым продолжительным периодом взросления среди насекомых. Затем, весной на 17-м году жизни, они выбираются на поверхность, и самцы начинают издавать звуки, которые будут сопровождать их взрослую жизнь, длящуюся от 4 до 6 недель. До сих пор остаётся загадкой, как именно эти насекомые контролируют процесс взросления и выхода на поверхность.
Из-за длительного жизненного цикла периодических цикад выращивать нимф для изучения крайне сложно. Однако недавно группа исследователей из Японии и США, в том числе из Киотского университета, взялась за решение этой проблемы. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.
Ученые выдвинули теорию о периодах развития продолжительностью в 4 года, основанных на критическом весе тела. Они предположили, что нимфы проверяют свой вес каждые 4 года и, если он превышает критическое значение, решают появиться на свет следующей весной.
«Периодические цикады рода Magicicada — чрезвычайно загадочная группа насекомых, и я давно хотел разгадать тайну того, как они управляют своими жизненными циклами», — говорит автор исследования Тэйдзи Сота.
Исследовательская группа смогла изучить рост, развитие и экспрессию генов нимф в возрасте от 11 до 16 лет, выкопав осенью нимф, принадлежащих к разным возрастным группам, на востоке США. Ученые также проанализировали экспрессию генов 17-летних нимф непосредственно перед их выходом из куколки.
Согласно выводам группы, о решении вылупиться свидетельствует изменение цвета глаз с белого на красный. Почти все 16-летние нимфы, за которыми велось наблюдение, были красноглазыми и имели большой вес, вероятно, превышающий критический порог.
Кроме того, у небольшой, но значительной части 12-летних нимф были красные глаза и более крупное телосложение, чем у белоглазых представителей их вида. В отличие от них, нимфы других возрастов почти всегда были белоглазыми, даже если у них было крупное телосложение.
Кроме того, у красноглазых нимф были обнаружены активированные гены, отвечающие за реакцию на внешние раздражители и способствующие развитию морфологии взрослой особи. Однако гены, отвечающие за метаморфоз и линьку, то есть сбрасывание экзоскелета, активировались только после зимовки в возрасте 17 лет.
Эти результаты согласуются с гипотезой команды, но некоторые загадки остаются. «Самым загадочным компонентом нашей гипотезы о контроле жизненного цикла является механизм, похожий на часы, который отсчитывает четырёхлетний цикл, — говорит Сота. — Если механизм отсчёта четырёхлетнего цикла существует, то он может быть основан на эпигенетическом цикле».
[Фото: Kyoto U / Teiji Sota]
