Российские биологи проанализировали способности личинок африканских комаров Polypedilum vanderplanki выживать в условиях дефицита воды, впадая при этом в ангидробиоз. Ученые показали, какие биохимические реакции участвуют в этом процессе. Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Эволюционируя, некоторые живые организмы научились впадать в состояние, которое называется ангидробиоз. Оно позволяет организмам долгое время выживать при крайнем дефиците воды и полностью восстанавливать свои жизненные функции, если условия окружающей среды станут лучше. Большая часть таких организмов имеют очень маленькие размеры. Одно из немногих исключений — личинки африканских комаров Polypedilum vanderplanki. Это единственное насекомое, способное к ангидробиозу.

Особи этих комаров обитают в Нигерии и Уганде. С помощью ангидробиоза их личинки становятся устойчивы к неблагоприятным условиям, например, почти полному обезвоживанию, высокой радиации, вакууму, некоторым отравляющим веществам и экстремальным температурам. Чтобы перейти в такое состояние, личинкам нужно примерно два дня. Для этого они теряют 97% всей воды в организме, и замедляют до минимума обмен веществ. Из этого состояния организм выходит, когда в окружающей среде появляется вода. Уже через 40 минут после этого личинки начинают двигаться, а через три часа полностью выходят из ангидробиоза.

Поддержанные Российским научным фондом исследователи из Казанского федерального университета вместе с зарубежными коллегами изучили биохимические реакции, благодаря которым P. vanderplanki может входить в ангидробиоз. Чтобы сделать это, авторы провели комбинированный метаболомно-транскриптомный анализ. Они использовали две группы выращенных в лаборатории личинок: в состоянии ангидробиоза и спустя три часа после начала выхода из него. Для каждой группы авторы анализировали продукты обмена веществ. Для сравнения авторы работы использовали личинок близкородственного вида P. nubifer, который не способен к ангидробиозу.

Ученые показали, что один из главных факторов метаболизма, позволяющий личинкам P. vanderplanki выживать, это трегалоза — углевод, состоящий из двух остатков D-глюкозы. Известно, что оно проявляет защитные и стабилизирующие при дефиците воды свойства. Однако биологи выяснили, что трегалоза также играет роль переносчика энергии в организме насекомых. Личинки начинают накапливать ее еще на ранних стадиях высушивания, и могут использовать в самом начале восстановления. Вместе с ней запасается и расщепляющий ее фермент трегалаза. Количество этих веществ напрямую определяет шансы личинок на выживание.

Чтобы перезапустить митохондрии, играющие роль энергетических станций клеток, личинки используют лимонную кислоту и аденозин монофосфат, которые позволяют вырабатывать энергию. Также организм личинок старается минимизировать присутствие токсичных соединений, поэтому продукты обмена питательных веществ сохраняются в виде стабильных и нетоксичных соединений, таких как аллантоин, офтальмовая кислота или ксантуреновая кислота. Также эти молекулы могут выполнять роль антиоксидантов. Авторы показали, что синтез ксантуреновой кислоты играет важную роль для выживания личинок — они нашли удвоение гена, который вырабатывает катализирующий эту реакцию фермент.