Pleštekės (Nymphalidae) lėliukė. Eglės Černevičiūtės nuotrauka.
Tikriausiai mažai kas gali nuginčyti faktą, kad vikšro virtimas į drugelį yra vienas nuostabiausių reiškinių gamtoje. Lėliukėje tūnanti cilindriška „valgymo mašina“ po truputį tampa įmantriu skraidančiu gyvūnu, kuris geria pro „šiaudelį“.
Šis metodas – pilna metamorfozė – padalina suaugėlius ir lervas, vikšrus ir nimfas į du skirtingus pasaulius, kuriuose jie visiškai nekonkuruoja tarpusavyje. Tai toks sėkmingas gyvenimo būdas, kad juo naudojasi dauguma vabzdžių rūšių (taigi ir dauguma visų gyvūnų rūšių). Drugeliai, skruzdėlės, vabalai ir musės lėliukėje iš lervos virsdami į suaugėlį visiškai pakeičia savo kūno struktūrą.
Bet kas vyksta lėliukės viduje? Žinoma, kad lervos išskiria fermentus, kurie didžiąją dalį jų organų suskaido į vientisą baltymų masę. Vadovėliuose galima rasti aprašymų, kad vikšrai virsta tarsi į „sriubą“, tačiau tai nėra visiškai tikslu. Kai kurie organai lieka nepakitę visos metamorfozės metu. O kai kurie, pavyzdžiui, raumenys, suyra į ląstelių telkinius, kuriuos vėl galima panaudoti, visai kaip iš „Lego“ kaladėlių pastatytą sieną galima išardyti į pavienes detales. O likusios ląstelės suformuoja imaginalinius diskus – struktūras, kurios vėliau formuoja suaugusio vabzdžio kūno dalis. Iš viso yra pora imaginalinių diskų antenoms, pora akims, po vieną kiekvienai kojai, sparnams ir taip toliau. Taigi, jei lėliukę prilygintume sriubai, tai būtų sultinys su organizuotai išsidėsčiusiais stambiais gabaliukais.
Kad tai sužinotų, mokslininkai išskrodė daugybę lėliukių, nors dauguma tyrimų atlikta su vaisinėmis muselėmis ir mėsinėmis musėmis, kadangi jos greitai dauginasi ir jas lengva auginti. Deja, toks tyrimas nužudo tiriamą vabzdį. O informacijos suteikia tik apie tą metamorfozės stadiją, kurios metu buvo išskrosta lėliukė. Taigi, norint sužinoti apie visą metamorfozės eigą, reikia išskrosti daugybę lėliukių, kurios, mokslininkų nuomone, yra skirtingose vystymosi stadijose.
Tačiau neseniai dvi mokslininkų komandos ėmėsi ypatingo darbo – užfiksuoti visą tos pačios drugio lėliukės vystymosi eigą. Abi komandos naudojo rentgeno spindulių kompiuterinės mikrotomografijos metodą (micro-CT), kuomet skenuojant objektą jonizuojančiąja spinduliuote, galima atlikti trimates jo rekonstrukcijas.
Nagrinėdami šiuos modelius, mokslininkai galėjo pamatyti konkrečių organų struktūras, tokių kaip virškinamasis traktas ar trachėja. Šie modeliai taip pat leido pamatyti, kaip tam tikros struktūros keičiasi vystymosi eigoje. Negana to, dėl vabzdžių atsparumo rentgeno spinduliams, tiriamas objektas, šiuo atveju konkreti drugio lėliukė, ne tik liko gyva, bet ir išsivystė į visiškai sveiką suaugusį drugį.
Viena iš komandų analizavo nuostabaus mėlyno drugio (Morpho menelaus) vikšrą visai prieš metamorfozę ir savaitę jai prasidėjus. Mokslininkų tikslas buvo vabzdžio kvėpavimo sistemos – trachėjos vystymasis. Šį tyrimą jie užbaigė kartu su BBC kaip dalį dokumentikos apie metamorfozę.
Antrosios tyrimų dalies idėja kilo siekiant efektyviau spręsti nusikaltimų bylas. Thomas Simonsen iš Londono gamtos istorijos muziejaus šiuo metodu tyrinėjo mėsinių musių lėliukes. Mėsinės musės kiaušinius deda ant šviežių lavonų, ir joms nesvarbu, ar tai elnias, ar nužudyto žmogaus kūnas. Musės pasirodo visada taip tiksliai, kad pagal lervų vystymosi stadiją kūne galima nustatyti gyvūno mirties laiką. Tačiau tyrimo tikslumas pasunkėja lervoms jau esant lėliukės stadijoje. Dėl šios priežasties T. Simonsen tikėjosi naudodamasis kompiuterinės mikrotomografijos metodu lengviau apskaičiuoti lėliukių amžių.
Usninuko (Vanessa cardui) lėliukė metamorfozės metu nuo 1 iki 13 dienos. Mėlynai pažymėta kvėpavimo sistema, raudonai – vidurinioji žarna, geltonai – Malpigijaus vamzdeliai, gelsvai rusva – išorinė lėliukės struktūra. Mastelis 5 mm. Lowe T. ir kt. nuotrauka.
Trimatės rekonstrukcijos parodė, kad virškinimasis traktas greitai pakeičia formą, tampa siauresnis, trumpesnis ir sudėtingesnis. Tuo tarpu trachėja tampa didesnė, tačiau išsidėstymas pasikeičia nežymiai. T. Simonsen žodžiais: „Metamorfozės metu stipriai reorganizuojama beveik visa lėliukės struktūra“. Ir tai yra tiesa, išskyrus su kvėpavimo sistema – trachėja. Nuo pirmos dienos, kai usninuko vikšras pavirsta į lėliukę, jis jau turi suaugusio drugio kvėpavimo sistemą. „Jei vyksta kokie nors kvėpavimo sistemos pakitimai, jie įvyksta labai greitai, pirmomis lėliukės valandomis“, sakė bedraautorius R. J. Garwood. Arba jie įvyksta vikšrui dar esant vikšru.
Šis tyrimas neapverčia visų turimų žinių apie metamorfozę aukštyn kojomis. Tačiau atsirado keli nauji nedideli pastebėjimai: atrodo, kad viduryje vystymosi eigos kvėptukas, kuris tiekia deguonį plasnojamiesiems raumenims krūtinėlėje, pakeičia poziciją. Tačiau bendros žinios lieka tos pačios. David Champlin, tyrinėjančio metamorfozę Meino universitete, nuomone, šis tyrimas suteiks daug detalių iliustracijų vadovėliams, bet ne naujos informacijos šioje srityje.
Yra ir kitų apribojimų. Šis metodas pasižymi gan maža skiriamąja geba (rezoliucija). Taip pat neįmanoma nenužudant vabzdžio nudažyti atskirų audinių ar baltymų. O skeneris gali išskirti tik ribotą kiekį organų. Pavyzdžiui, smegenys ir nervai jam nematomi, tačiau R. J. Garwood tikisi, kad tobulėjant technologijai šią kliūtį bus galima išspręsti.
Kompiuterinės mikrotomografijos metodas tikriausiai nepadarys perversmo žiniose apie metamorfozę, tačiau R. J. Garwood tikisi, kad jų tyrimai atskleis daugiau galimybių kitų mokslininkų eksperimentams. Šis tyrimų metodas nereikalauja didelių tiriamų individų kiekio, kadangi galima skenuoti tuos pačius pakartotinai. Tai taip pat suteikia galimybę entomologams ateityje tirti retas ar vertingas vabzdžių rūšis jų nesužeidžiant ir nenužudant. Atsiveria galimybės iš arčiau pažvelgti, kaip pesticidai veikia bičių vystymąsi, ar kaip skirtingos genų mutacijos paveikia metamorfozės eigą. Šiuo klausimu D. Champlin sutinka, jo nuomone, „būtų be galo įdomu palyginti sveikų ir genetiškai modifikuotų vabzdžių vystymąsi.“
Parengta pagal National Geographic
Daugiau apie šį tyrimą galima sužinoti: Lowe, Garwood, Simonsen, Bradley & Withers. 2013. Metamorphosis revealed: three-dimensional imaging inside a living chrysalis. Interface. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2013.0304
