Mit tudnak a lepkeszárnyak a repülésen túl?

Mivel a lepkeszárnyak fajhője kicsi, képesek igen gyorsan túlmelegedni a napon, vagy épp hasonlóan gyorsan kihűlni is repülés közben, a lepkeszárnyakban azonban számos élő sejtcsoport található, amelyeknek egy viszonylag szűk hőmérsékleti tartomány nyújt optimális működési körülményeket. Vajon miként éri el a lepke, hogy e tartományon belül maradjon? Egy, a Columbia és a Harvard egyetemek szakembereiből álló kutatógárda az aktív sejtcsoportokra kívánt rábukkanni, mégpedig a különféle külső körülményekre adott válaszaik révén, az eredményeket a Nature Communications tudományos folyóiratban közölték.

Nanfang Yu, a Columbia Egyetem alkalmazott fizika docense és a tanulmány egyik szerzője elmondta: „A lepkeszárnyak voltaképp fényérzékelők, amelyek segítségével a lepke tökéletesen be tudja irányozni, merről süt a nap, anélkül, hogy ehhez a szemeit használnia kellene.”

A kutatók óvatosan eltávolították néhány, különböző fajba tartozó lepke szárnyait borító pikkelyeket, hogy rálássanak az azok által elfedett szerkezetekre, majd megfestették a szárny erezetében futó idegeket, s a neuronok egyedi axonjait. Ennek segítségével tudták feltárni, hogy milyen komplex funkciókat rejtenek a szárnyak. A vékony hártyát átszövik az erek, ezek mentén pl. érzékelő szőröcskék nőnek, s az erekben idegszálak futnak, ezek adnak visszajelzést a szárnyakra nehezedő nyomásról, s segítik az idegrendszert a megfelelő repülésirányításban.

A szárnyak számtalan mechanikai- és hőérzékelőt rejtenek, a szárnyban lévő élő szöveteket pedig a lepke élethosszán át ellátja a szárny-erekben futó keringési rendszer. Ez magában foglalja a szerveket levegővel ellátó tracheákból induló vezetékeket, illetve a lepkék „vérét”, vagyis hemolimfáját keringető rendszert. Felfedeztek egy igen különös szervet is a szárnyakban: a kutatók szárny-szíveknek nevezték el azokat a sejtcsoportokat, amelyek ritmikusan pumpálják a testfolyadékot a szárny-erekben, percenként néhány tucatnyi összehúzódással.

Naomi E. Pierce, a Harvard Egyetem professzora, és Összehasonlító Zoológiai Múzeumának lepkegyűjteményi kurátora elmondta: „A legtöbb kutatás, amely a lepkeszárnyakat vizsgálta, azok külső jegyeire, színeire, e jellegzetességek kommunikációs szerepére koncentrált. A mostani kutatás viszont felhívja a figyelmet arra, hogy a szárnyak nem élettelen hártyák, hanem dinamikus, élettel teli szervek. Valószínű, hogy a szárnyak külsején látható mintázatoknak is van feladatuk e komplex szerv hőszabályozásában.”

A szárny ereiben kékre festve láthatóak az idegek axonjai.

Forrás: Nature Communications

A kutatók speciális infravörös képalkotó eljárást fejlesztettek ki a szárnyak hőmérsékletének nagyon pontos megfigyeléséhez, ennek segítségével sikerült a külső körülményekhez való hőmérsékleti alkalmazkodást megvizsgálni. A módszerrel ráadásul a múzeumi lepkegyűjtemények példányait is meg tudják vizsgálni, nemcsak az élő állatokat. Kiderültek azok a részletek, amelyek a szárny elemeinek felépítésében a hőszabályozásért felelősek, hol nyeli el a meleget, vagy épp hol adja le a felesleges hőt. A különböző környezeti körülmények laboratóriumi szimulációja során kiderült, hogy a szárnyak élő, aktív sejteket tartalmazó régiói mindig hűvösebbek maradnak a pusztán „élettelen” hártyából állónál. Hat különböző lepkecsaládba tartozó példány vizsgálatával derítették fel, hogy miként érzékelik a szárnyukkal a lepkék a napfény irányát és erősségét, s miként reagálnak erre, s igyekeznek elkerülni a túlmelegedést. Minden megvizsgált fajnál kb. 40°C volt az a határ, amelyet elérve a lepke elfordult, hogy elkerülje a szárnyát érő közvetlen besugárzást, amikor egy kis lámpa fénysugarával világítottak rá a laborban.

A kutatócsoport bízik abban, hogy a különböző lepkefajok szisztematikus szárny-hőmérsékleti felmérésével sok biológiai vagy evolúciós vita megoldását hozhatják közelebb. Emellett a szárnyakon elhelyezkedő érzőszőrök és az aktív idegi visszajelzések rendszerét mérnöki alkalmazásban is használhatják majd a környezetre kifinomultan reagáló repülő szerkezetek tervezésében.