ژاپنی‌ها معمای کم بودن حشرات در دریا را حل کردند

دانشمندان ژاپنی در پژوهش جدیدی نشان داده‌اند که یک آنزیم، دلیل کم بودن حشرات در دریا و زیاد بودن آن‌ها در خشکی است.

به گزارش ایسنا و به نقل از سایتک دیلی، دانشمندان ژاپنی باور دارند آنزیم منحصربه‌فرد «مولتی کوپر اکسیداز-۲» (MCO ۲) که به حشرات کمک می‌کند تا پوسته‌های خود را سفت کنند، دلیل نادر بودن آن‌ها در محیط‌های دریایی و موفقیت آن‌ها در خشکی است.

دانشمندان «دانشگاه متروپولیتن توکیو» (TMU)، فرضیه‌ای را برای پاسخ دادن به این پرسش ارائه کرده‌اند که چرا حشرات در محیط‌های دریایی بسیار نادر هستند. آن‌ها در پژوهش‌های پیشین خود دریافتند که حشرات، یک مکانیسم شیمیایی منحصربه‌فرد را برای سفت کردن پوسته خود ایجاد می‌کنند. این مکانیسم از اکسیژن مولکولی و آنزیم مولتی کوپر اکسیداز-۲ استفاده می‌کند. استدلال کنونی دانشمندان این است که مکانیسم مورد نظر، در دریا به حشرات ضرر می‌رساند، اما مزایایی را در خشکی برای آن‌ها دارد و آنزیم مولتی کوپر اکسیداز-۲ را در قلب تکامل حشرات قرار می‌دهد.

حشرات از موفق‌ترین موجودات روی کره زمین هستند. گفته می‌شود که آن‌ها بین همه جانوران زمینی، بیشترین زیست‌توده را تشکیل می‌دهند و تأثیر قابل توجهی بر اکوسیستم جهانی دارند. با وجود این، فراوانی آن‌ها به موازات نادر بودن شگفت‌انگیز آن‌ها در دریا قرار دارد. تعداد بسیار کمی از حشرات، دریا را خانه می‌دانند؛ حتی اگر اجداد بیولوژیکی آن‌ها از آنجا آمده باشند. این یک معمای فراگیر در علم است که دانشمندان سال‌هاست سعی دارند راز آن را کشف کنند.

دانشمندان دانشگاه متروپولیتن توکیو به سرپرستی «سوناکی آسانو» (Tsunaki Asano) دانشیار این دانشگاه، راه حلی را براساس ژنتیک تکاملی ارائه کرده‌اند. جدیدترین دانش در حوزه تبارزایی مولکولی به ما آموخته است که سخت‌پوستان و حشرات، بخشی از خانواده «همه‌سخت‌پوستان» (Pancrustacea) هستند. حشرات، گونه‌ای بودند که دریا را ترک کردند و با خشکی سازگار شدند. آن‌ها یک ویژگی مهم مشترک دارند که یک اسکلت بیرونی متشکل از یک لایه موم و کوتیکول سفت است.

این گروه پژوهشی در پروژه پیشین خود به این نتیجه رسیدند که وقتی حشرات با محیط‌های زمینی سازگار شدند، ژن منحصربه‌فردی را ایجاد کردند که آنزیم مولتی کوپر اکسیداز-۲ را به وجود می‌آورد. این آنزیم به آن‌ها کمک می‌کند تا کوتیکول‌های خود را با استفاده از اکسیژن سفت کنند. مولتی کوپر اکسیداز-۲، واسطه یک واکنش است که در آن اکسیژن مولکولی، ترکیباتی به نام «کاتکول‌آمین» (Catecholamine) را در کوتیکول اکسید می‌کند و آن‌ها را به عواملی تبدیل می‌سازد که سطح را به هم متصل و آن را سفت می‌کنند. این برخلاف روش سخت‌پوستان است که کوتیکول‌های خود را با استفاده از کلسیم آب دریا سفت می‌کنند.

دانشمندان دانشگاه متروپولیتن توکیو باور دارند که این روش به دلیل وجود اکسیژن فراوان، زمین را برای حشرات بسیار مناسب‌تر می‌کند. دریا در حال حاضر به دلیل کمبود اکسیژن و فراوانی موجودات سازگارتر، محیطی خشن است.

دلیل مورد نظر فقط این نیست که دریا دیگر محیط مهمان‌نوازی برای حشرات به شمار نمی‌رود. سفت شدن و خشک شدن کوتیکول از طریق مسیر آنزیم مولتی کوپر اکسیداز-۲، به ایجاد یک ماده زیستی منجر می‌شود که نه تنها محافظ است، بلکه وزن کمی دارد. به گفته دانشمندان، شاید به همین دلیل است که حشرات توانایی بالا رفتن از گیاهان، سر خوردن روی آن‌ها و در نهایت پرواز کردن را به دست آورده‌اند.

این ویژگی، امکان مهاجرت کردن را برای آن‌ها فراهم آورد. بدین ترتیب، حشرات توانستند جا‌های خالی قبلی را در اکوسیستم پر کنند و این یک نیروی محرکه قوی بود که به زیاد شدن تعداد آن‌ها منجر شد. این ویژگی هم در تضاد با سخت‌پوستان است که پوسته متراکم‌تری دارند و یک همبستگی قوی بین تراکم و درجه «کلسیفیکاسیون» (Calcification) در آن‌ها دیده می‌شود.

حشرات با وجود این ویژگی‌ها، به سختی می‌توانند تنها بندپایانی باشند که با زمین سازگار می‌شوند. بنابراین، واضح است که آنزیم مولتی کوپر اکسیداز-۲ برای موفقیت در شرایط زمین، زیاد ضروری نیست. با وجود این، ماهیت کوتیکول‌های حشرات گویای موفقیت آن‌ها در محیط‌های زمینی است. در واقع، این گروه پژوهشی باور دارند که مولتی کوپر اکسیداز-۲ ممکن است یکی از ویژگی‌های تعیین‌کننده در وجود حشرات باشد. به این معنا که اگر مولتی کوپر اکسیداز-۲ وجود نداشته باشد، حشره‌ای هم در کار نخواهد بود.

این پژوهش، در مجله «Physiological Entomology» به چاپ رسید.