Периодические цикады обладают одним из наиболее необычных жизненных циклов, встречающихся в мире животных. Большую часть, а именно 99,5%, своего существования, 17-летние цикады проводят под землей в форме нимфы, находящейся в неразвитом состоянии. Это самый длительный период взросления, наблюдаемый у насекомых. Весной, на семнадцатом году жизни, они поднимаются на поверхность, и самцы начинают издавать звуки, которые будут сопровождать их взрослую жизнь, длящуюся от четырех до шести недель. До сих пор не ясно, каким образом эти насекомые регулируют процесс взросления и выхода на свет.
Изучение нимф периодических цикад представляет значительные трудности из-за их продолжительного жизненного цикла. Тем не менее, недавнее исследование, проведенное группой ученых из Японии и США, включая специалистов из Киотского университета, взялась за решение этой проблемы. Результаты работы опубликованы в журнале Материалы Королевского общества биологических наук.
Согласно выдвинутой учеными теории, развитие проходит через этапы, занимающие 4 года и определяемые критическим весом тела. Предполагается, что нимфы регулярно, каждые 4 года, оценивают свой вес, и если он достигает критического уровня, принимают решение о появлении на свет в следующую весну.
«Периодические цикады рода Magicicada — эта группа насекомых представляет собой чрезвычайно сложную загадку, и я давно стремлюсь понять, каким образом они регулируют свои жизненные циклы», — отмечает руководитель исследования Тэйдзи Сота.
Изучение роста, развития и экспрессии генов нимф в возрасте от 11 до 16 лет стало возможным благодаря работе исследовательской группы. Для этого осенью были извлечены нимфы, принадлежащие к различным возрастным категориям, на востоке США. Кроме того, ученые провели анализ экспрессии генов у 17-летних нимф непосредственно перед их метаморфозом.
По мнению специалистов, началом процесса вылупления является смена цвета глаз с белого на красный. Большинство из 16-летних нимф, подвергшихся наблюдению, имели красные глаза и значительный вес, который, скорее всего, превышал допустимый предел.
У небольшой, но заметной группы 12-летних нимф наблюдались красные глаза и более массивное телосложение по сравнению с особями, имеющими голубые глаза. Нимфы других возрастных групп, как правило, отличались светлыми глазами, даже если их телосложение было крупным.
У красноглазых нимф также были выявлены гены, которые регулируют реакцию на внешние воздействия и способствуют формированию признаков взрослой особи. В то же время, гены, контролирующие метаморфоз и линьку – процесс сброса внешнего скелета, стали активными лишь после зимовки и достижения возраста 17 лет.
Полученные данные подтверждают выдвинутую командой гипотезу, однако некоторые вопросы остаются без ответа. «Наиболее неясным элементом нашей гипотезы о регуляции жизненного цикла представляется механизм, функционирующий подобно часам и определяющий четырёхлетний цикл», — отмечает Сота. «Если такой механизм действительно существует, то, вероятно, он основан на эпигенетических процессах».
[Фото: Kyoto U / Teiji Sota]