Chrząszcze mają bakterie w specjalnej "kieszeni"

Samice wielu gatunków chrząszczy z rodzaju Lagria noszą mieszankę pożytecznych bakterii w gruczołach pomocniczych, parze gruczołów obok jajowodu. Kiedy samice składają jaja, bakterie są „wyciskane” z gruczołów i osadzane na powierzchni jaj. Produkowane przez bakterie antybiotyki z grupy poliketydów chronią jaja, larwy i poczwarki chrząszczy przed grzybami. U jednego z gatunków, L. villosa, najważniejszym składnikiem symbiotycznej mieszanki jest szczep bakterii Burkholderia zwany Lv-StB, który utracił geny i struktury komórkowe niezbędne do poruszania się i prawdopodobnie nie może długo przetrwać na zewnątrz ciała chrząszcza.

Larwy chrząszczy z rodzaju Lagria potrzebują stałej pomocy symbiotycznych bakterii. Jednak aby osiągnąć postać dojrzałą, muszą przejść całkowitą metamorfozę w stadium poczwarki. Tak drastyczna przemiana to proces, który mógłby pożytecznym bakteriom zaszkodzić, tymczasem trzeba je przekazać „w spadku“ kolejnym pokoleniom.

Duńscy naukowcy z uniwersytetu w Kopenhadze odkryli (https://doi.org/10.3389/fphys.2022.979200), że chrząszcze Lagria wyewoluowały rozwiązanie tego problemu: żeńskie poczwarki przechowują swoje symbiotyczne bakterie w specjalnych kieszeniach na grzbiecie. Kiedy już zakończą metamorfozę, bakterie są przemieszczane do tyłu, a następnie do obszaru genitaliów.

„Wykazaliśmy, w jaki sposób owad może utrzymać korzystnych partnerów mikrobiologicznych pomimo drastycznych przekształceń struktur ciała, które zachodzą podczas metamorfozy – powiedziała dr Laura V. Flórez z Wydziału Roślin i Nauk o Środowisku Uniwersytetu w Kopenhadze. - Modyfikując unikalne kieszonki na grzbiecie, chrząszcze Lagria są w stanie zachować swoje ochronne symbionty i ułatwić ich przenoszenie podczas przepoczwarzenia do nowo rozwiniętych dorosłych narządów”.

Flórez i współpracownicy wykazali, że w przypadku samic L. villosa i L. hirta w stadium poczwarek symbionty żyją głównie w trzech dwupłatowych kieszonkach z tyłu tułowia, gdzie mogą być odżywiane przez chrząszcze. Takie „tylne kieszenie” u larw i poczwarek nie są znane u żadnego innego owada. W poczwarkach żeńskich symbionty gromadzą się również w czwartym miejscu, pomiędzy włoskami z tyłu głowy. Kieszenie męskich poczwarek są tylko szczątkowe i zawierają niewiele symbiontów lub nie zawierają ich wcale. U dorosłych samic symbionty żyją wyłącznie w gruczołach pomocniczych, których nie ma u samców.

„Symbionty wychodzą z odsłoniętej powierzchni jaja, aby skolonizować kieszonki z tyłu ciała larw i poczwarek. W końcu trafiają do wyspecjalizowanych gruczołów związanych z układem rozrodczym dorosłych samic” – podsumowała pierwsza autorka Rebekka S Janke, doktorantka.

Aby dowiedzieć się, jak bakterie kolonizują gruczoły dodatkowe po przepoczwarzeniu, autorzy posypali poczwarki we wczesnym stadiom metamorfozy fluorescencyjnymi kuleczkami polistyrenowymi o średnicy 1,0 μm (mikrometra). Po wyjściu chrząszcza z poczwarki większość tych kuleczek znalazła się na końcu odwłoka. Autorzy wnioskują, że kuleczki, podobnie jak symbionty, są przesuwane w kierunku genitaliów przez tarcie podczas wyłaniania się owada z poczwarki. Mechanizm, za pomocą którego symbionty następnie kolonizują gruczoły dodatkowe samic nie jest jeszcze znany.

„W stadium dorosłym głównym celem organów symbiotycznych wydaje się być umożliwienie pomyślnej transmisji na stadium jaja i do następnego pokolenia. Ponieważ tylko samice składają jaja, dorosłe samce nie muszą przenosić symbiontów i są ślepym zaułkiem dla bakterii” — powiedziała dr Flórez.

Wyniki badań mogą mieć duże znaczenie praktyczne - wśród chrząszczy Lagria wiele gatunków to szkodniki. Na przykład pochodzący z Afryki Lagria villosa, który został zawleczony również do Ameryki Południowej powoduje duże szkody w uprawach ananasów, bananów, brzoskwiń, kawy, kukurydzy, sorgo i ziemniaków. Przeszkadzając mu w rozmnażaniu można by ocalić sporą część plonów. (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/