Тропічні метелики розкрили секрет довголіття

Більшість метеликів живуть лише кілька тижнів, перелітаючи між квітами, перш ніж загинути. Однак деякі рідкісні винятки давно спантеличують науковців. Тепер тропічні метелики, які живуть надзвичайно довго, допомагають пролити світло на таємниці довголіття.

Метелики роду Heliconius, що мешкають у тропічних дощових лісах Південної та Центральної Америки, мають тривалість життя, яка різниться кардинально. Метелик Dione juno живе лише 14 днів після досягнення дорослого віку, тоді як Heliconius hewitsoni живе 348 днів — майже у 25 разів довше.

Інші види Heliconius також мають вражаюче тривале життя, витримуючи від 106 до 277 днів, згідно з дослідженням цього феномену, опублікованим у журналі Nature Communications. Деякі науковці припускали, що подовжене доросле життя Heliconius пов'язане з тим, що комахи споживають збагачену дієту, а не покладаються виключно на вуглеводи, як інші метелики.

Однак точні причини цього несподіваного довголіття залишалися незрозумілими, що й надихнуло доктора Джесіку Фолі, провідного автора дослідження та постдокторанта Дослідницького центру з питань харчування людини Міністерства сільського господарства США при Університеті Тафтса в Бостоні, детально вивчити цей інтригуючий рід метеликів.

Фолі написала в електронному листі, що вона зацікавлена в еволюційній основі таких відмінностей у тривалості життя, оскільки вони можуть містити важливу інформацію, яка стосується здорового старіння людей. Вона зазначила, що у тваринному світі спостерігаються величезні відмінності у тривалості життя — одноденки живуть лише день, тоді як деякі кити та акули можуть жити сотні років.

Фолі та її колеги виявили, що хоча харчування відіграє свою роль, деякі Heliconius також еволюціонували механізм протистаріння, який дослідники все ще намагаються розгадати, і як він може стати моделлю для розуміння людського довголіття.

Вивчення екстремальних довгожителів тваринного світу є складним завданням для науковців, особливо якщо їм доводиться чекати століття, поки вид досягне того, що вважається старістю, зазначила Фолі. Маловивчені метелики Heliconius представили ідеальний випадок для дослідження, оскільки вчені могли спостерігати весь їхній життєвий цикл приблизно за рік. Лише один інший відомий метелик, Myscelia cyanaris, живе довше за Heliconius, з максимальною тривалістю життя 380 днів, але існує мало даних, які б пояснювали чому.

Фолі та її співробітники об'єднали великий масив даних, щоб вивчити тривалість життя та патерни старіння у роді Heliconius, використовуючи інформацію, зібрану з комерційних метеликових ферм, досліджень з мічення, випуску та повторного відлову, а також контрольованих експериментів.

Більшість дорослих метеликів харчуються виключно нектаром квітів, отримуючи лише вуглеводи, а не амінокислоти та ліпіди, які використовуються для виробництва яєць та сперми, необхідних для розмноження. Ці речовини вони отримували з рослинного матеріалу ще будучи гусеницями до метаморфози.

Фолі пояснила, що загальна еволюційна стратегія полягає в тому, щоб розмножуватися якомога більше, поки ці ресурси не вичерпаються, що не займає багато часу для цих маленьких комах. Зазвичай вони помирають незабаром після того, як цей обмежений ресурс вичерпується.

Однак більшість видів Heliconius адаптувалися до харчування пилком навіть у дорослому віці, що може забезпечити комахам більше енергії, дійшли висновку автори. Пилок також містить ліпіди, які допомагають зберігати енергію, а також підвищують імунітет.

Автори ретельно вивчили взаємозв'язок між Heliconius та пилком, щоб з'ясувати, які переваги для здоров'я метелики отримують від своєї дієти. Фолі хотіла зрозуміти справжній масштаб цього подовження життя у Heliconius, з'ясувати, чи супроводжувалося воно також уповільненим фізіологічним старінням, і визначити, чи все ще вони демонструватимуть подовження життя навіть без пилку, що вказувало б на еволюційні механізми довголіття.

З 28 видів Heliconius, які вивчали дослідники, лише шість не харчувалися пилком, і вони жили від 14 до 98 днів. Але спостереження команди показали, що навіть коли пилок був відсутній, метелики Heliconius все одно жили набагато довше, ніж їхні родичі, які не харчуються пилком.

Команда також використала унікальний пристрій для вимірювання пов'язаного з віком зниження у старших метеликів за допомогою тесту на силу хватки. Вони створили пристрій під назвою Pullinator, або жердину, обклеєну наждачним папером, яка була прикріплена до легкої дерев'яної основи.

Фолі пояснила, що вони розміщували це на лабораторних вагах, обнуляли ваги, а потім обережно тримали метелика за крила і опускали, поки він не схоплювався за жердину. Потім вони тягнули, поки він не відпускав, але коли метелик тягнувся, ваги показували від'ємне значення, і вони могли використовувати максимальне від'ємне значення як показник того, скільки ваги метелик міг витримати, перш ніж відпустити.

Вид метелика Heliconius hecale, який може жити до 277 днів, показав незначне або взагалі відсутнє фізіологічне зниження під час тесту на силу хватки, тоді як близькоспоріднений Dryas iulia, який не харчується пилком і живе 98 днів, показав ознаки пов'язаного з віком зниження. Heliconius hecale також підтримував масу тіла та м'язову функцію довше навіть коли був позбавлений пилку.

Результати показали, що загалом багато видів Heliconius, які харчуються пилком, мали довшу тривалість життя та повільніші темпи старіння, що свідчить про важливість харчування. Амінокислоти, отримані з пилку, також допомагають метеликам постійно виробляти більше яєць у дорослому віці, подовжуючи їхню репродуктивну тривалість життя, зазначила Фолі.

Однак, враховуючи, що постійне видалення пилку з раціону метеликів, здавалося, не мало негативного впливу на їхнє довголіття, дослідники підозрюють, що так само, як комахи еволюціонували дієту на основі пилку, вони також еволюціонували, щоб жити довше.

Фолі зазначила, що вони показують, що ці метелики дійсно мають еволюційні механізми довголіття, і що вони також, схоже, еволюціонували затримане фізіологічне зниження, що робить їх чудовими новими моделями для вивчення механізмів, які дозволяють довге життя. Однак вони ще не знають, що це за механізми.

Колеги Фолі зацікавлені у дослідженні більш таємничих механізмів довголіття Heliconius, а також міцного пізнання метеликів — вони мають великий мозок та вражаючу довготривалу пам'ять навіть у міру старіння, сказала вона.

Вивчення червів, мух та дріжджів дозволило науковцям краще зрозуміти, як механізми старіння працюють у людей. Розгляд більшої кількості прикладів з тваринного світу може бути використаний для визначення рішень, які еволюція знайшла для проблеми старіння, зазначила Фолі.