Hogyan vált ehetetlenné a királylepke?

A Berkeley-i Kaliforniai Egyetem kutatói vezette nemzetközi csoport vizsgálta meg a lepkékben a növényi szívglikozid típusú méreggel szembeni ellenálló képesség genetikai hátterét, a kutatásról készült tanulmányt a Nature folyóirat 2019. október 2-án tette közzé. A lepke a selyemkórók (Asclepias nemzetség) különböző fajaira rakja petéit, a kikelő hernyók kizárólag ezekkel a növényekkel táplálkoznak. A növényekben termelt méreg kimondottan a belőle táplálkozók ellen alakult ki, így a lepkének ki kellett fejlesztenie a méreggel szemben a saját ellenálló képességét. Az ilyen növényen felnőtt hernyót, majd a belőle kialakult lepkét elfogyasztó ragadozóban a méreg igen gyorsan hányást idéz elő, s ez, a lepke és hernyója figyelemfelkeltő színével együtt megtanítja nekik, hogy kerülendő ez a típusú zsákmány.

A királylepkékben korábban azonosították, hogy egy gén 2 aminosavának megváltozása teszi lehetővé a selyemkóró mérgével szembeni ellenálló képességet, azonban a vizsgálatok során az is kiderült, hogy e megváltozott gén más rovarfajokban is előfordul, ezek közt vannak molyok, bogarak, poloskák, darazsak, legyek, levéltetvek is. E rovarok szinte mindegyike szintén narancspiros figyelmeztető színnel jelzi saját ragadozói számára mérgező voltát, ami szintén az elfogyasztott növényi méreganyag felhalmozódása miatt alakul ki. A képesség ezekben az állatokban külön-külön jött létre az evolúció során.

Amióta csak a növények és az állatok élnek a szárazföldön, úgy 400 millió éve, folyamatos versengés van köztük: az állat igyekszik megenni a növényt, a növény pedig különböző stratégiákkal, köztük mérgek kifejlesztésével reagál. Az állat is kifejleszti a növény elleni saját stratégiáját, s a verseny innen lépésenként halad előre.

Noah K. Whiteman, a kutatás vezető szerzője megjegyezte, hogy az eredetileg trópusi királylepkék a jégkorszak végén vándoroltak Észak-Amerikába, amikor a felmelegedés lehetővé tette számukra a megtelepedést. Ez nem történhetett volna így, ha nem lettek volna alkalmasak a mérgező selyemkórók elfogyasztására, s ezzel így betölthettek egy ökológiai fülkét. A selyemkóró mérge azokat az ioncsatornákat blokkolja, amelyek a nátrium- és a káliumionok sejtből ki, illetve sejtbe bejutását teszi lehetővé, e csatornák blokkolása például a szívműködést rendkívül hevessé teszi, s ezzel gyakorlatilag megöli a fogyasztóját, amennyiben az szívvel rendelkező állat. Mivel minden állat számára létfontosságú ezeknek az ioncsatornáknak a megfelelő működése számos további élettani folyamatban is, a kutatók arra is kíváncsiak voltak, hogy miként születhetett meg számos rovarfajban a védekezés a méreg hatása ellen. Ennek felderítésére muslicák genetikai módosításával próbálkoztak, a CRISPR-Cas9 módszerével a muslicák saját génjeiben írták át az aminosav-sorrendet olyanná, mint amilyen a királylepkék addig ismert génváltozatában is volt.

A munka 7 éven át kudarcok sokaságával folyt, a muslicák vagy elpusztultak, vagy olyan súlyos idegrendszeri károsodást mutattak, amit a lepkékben sose tapasztaltak, így valószínű volt, hogy valami hiányzik még az összképből. A kudarcokat követően a kutatócsoportba belépő új szereplők és a kutatás folytatását biztosító plusz anyagi támogatás után sikerrel jártak: felfedezték, hogy a korábban már ismert 2 megváltozott gén mellett egy harmadik is szerepet játszik a lepkék védekezésében, és a három gén csak együttesen képes kifejteni a védő hatását a királylepkék szervezetében. Az e felfedezés szerint átalakított muslicák lárvái a királylepkéhez hasonlóan könnyedén el tudták fogyasztani a selyemkórót, súlyos mellékhatások nélkül, és az is kiderült, hogy a harmadik mutáció képes ellensúlyozni a neurológiai problémákat. Ez azt is érthetővé tette, hogy miért ugyanabba az irányba módosult a többi, a selyemkóró mérgével szemben többé-kevésbé ellenálló rovar esetében ugyanez az ioncsatornáért felelős gén. Whiteman megjegyezte, hogy más esetekben, amikor az adott növényi méreg nem olyan kritikus az élettani folyamatokban, mint ez esetben a selyemkóró szívglikozidja, a rovarok könnyen találhatnak teljesen eltérő módszereket is a gyenge mérgekkel szembeni védekezésre. Ha kritikus hatású a méreg, akkor viszont hasonló mutációkkal tudnak védekezni más rovarfajok is.

A királylepkék által Észak-Amerikában fogyasztott selyemkórók egyike (Asclepias syriaca) hazánkban is megtalálható, sokan vaddohány néven ismerik, inváziós növény, amelynek jelenléte nemkívánatos, az eredeti természetes növénytakarót igen gyorsan kiszorítja. Rendkívül nehezen és nagyon költséges módon lehet csak kiirtani a növényt, s főként a súlyosan fertőzött Alföldön ezzel évek óta próbálkoznak. Mivel a repítőszőrös magvai nagy távolságba is eljutnak, csak nagy területek teljes mentesítése vezethet eredményre.

Forrás: Égen – Földön – Föld alatt