Cercetătorii descoperă secretul din spatele faptelor uimitoare ale animalelor care hrănesc nectarul

Rapid! Numiți sportivii cei mai performanți din regnul animal. Ghepard? Încearcă din nou. Balenă albastră? nu.

nutriției

Iată un indiciu: dacă faceți o plimbare în deșert într-o noapte cu lună, s-ar putea să le vedeți, sărind din flori în flori și plutind în aer: molii din familia hawkmoth (Sphingidae).

Molii care hrănesc nectarul, liliecii polenizatori și colibri sunt stăpâni în susținerea exercițiului cel mai intens al tuturor animalelor. Pentru a extrage nectarul dintr-o floare, ei trebuie să se deplaseze în fața florii înainte de a trece la următoarea. Dar cum pot aceste organisme să realizeze astfel de fapte pe o dietă care este în mare parte zahăr?

Noile cercetări efectuate de biologii Universității din Arizona nu numai că oferă o explicație, dar sugerează, de asemenea, că aceste animale rămân sănătoase nu în ciuda dietei, ci și din cauza dietei lor zaharoase.

Oxigenul, deși este necesar pentru a exista viața, este o sabie cu două tăișuri. Cu cât ne angajăm într-un exercițiu aerob intens, cum ar fi planarea, cu atât mai mult oxigen își dezvăluie latura urâtă sub formă de specii reactive de oxigen - molecule reactive mici care fac ravagii asupra celulelor.

Cercetătorii din laboratorul lui Goggy Davidowitz din cadrul Departamentului de entomologie din cadrul Colegiului de Agricultură și Științe ale Vieții din UA au descoperit că hawkmoths (cunoscut și ca molii Manduca) au dezvoltat o strategie care îi ajută să minimizeze daunele musculare cauzate de stresul oxidativ generat în timpul duratei susținute zbor. Rezultatele sunt publicate în revista Science.

„Ca și cum ai bea 80 de cutii de sodă”

„Dacă ai fi vrut să consumi cantitatea echivalentă de zahăr pe care o molie o ia într-o singură masă, ar trebui să bei 80 de cutii de sifon”, spune Eran Levin, care a condus cercetarea ca om postdoctoral din grupul lui Davidowitz. „Este uimitor că un animal poate procesa o astfel de cantitate de zahăr într-un timp atât de scurt.”

Molii și colibriii care hrănesc nectarul nu iau niciun fel de antioxidanți în dieta lor, ceea ce pune întrebarea cum se ocupă de daunele oxidative pe care le suferă mușchii lor în timpul zborurilor nocturne de hrănire a moliilor.

Două echipamente sofisticate configurate pentru a lucra în tandem au făcut posibilă studierea în detaliu a metabolismului molilor Manduca în timpul zborului susținut. Echipa a descoperit că insectele folosesc de fapt zahărul din dieta lor pentru a-și produce proprii antioxidanți. Ei realizează acest lucru manevrând carbohidrații pe care îi consumă către o cale metabolică care a evoluat la începutul evoluției vieții: calea pentozei fosfat.

Și oamenii au această cale, dar nu pot, de la sine, să producă toți antioxidanții necesari, motiv pentru care sportivii beau băuturi sportive cu antioxidanți, iar părinții le spun copiilor să își mănânce legumele. Conform acestui model, păsările migratoare sunt adesea observate mâncând fructe de pădure și fructe - ambele bogate în antioxidanți - în timpul opririlor.

„Manduca este un sistem model adecvat pentru a studia această cale metabolică, care este aceeași pentru bacterii și copaci sequoia”, explică Levin. "Dacă înțelegem cum o face molia, puteți afla cum o facem. Și putem afla despre ceea ce nu funcționează în ceea ce privește consumul de zahăr."

Datele „imposibile” duc la descoperire

În timpul experimentelor de zbor, cercetătorii au observat ceva ciudat: măsurătorile care urmăresc cât de mult oxigen au consumat molii și cât dioxid de carbon au produs nu s-au adăugat.

„Dacă arzi tot zahărul pe care îl consumi, te aștepți la același raport de dioxid de carbon expirat la oxigenul consumat”, spune Levin. "Acest lucru este normal atunci când vă hrăniți cu carbohidrați, dar am obținut rezultate care nu ar fi trebuit să fie posibile conform literaturii științifice."

Reticent în a avea încredere în datele pe care le producea molii lor, Davidowitz a contactat producătorul aparatului de măsurare a zborului. CEO-ul companiei a ieșit și, după multe depanări, modificări și ajustări, citirile încă nu s-au schimbat.

Într-o zi, un coleg a sugerat să zboare un bondar în locul unei molii, deoarece se știe că bondarii ard numai carbohidrați în timpul zborului. Destul de sigur, mașina a scuipat valorile așteptate.

„Asta ne-a spus că datele noastre sunt corecte”, spune Levin. „Au indicat că 40% din carbonul din experimentele noastre de zbor cu molia trebuia să provină de la altceva decât carbohidrați, așa că am căutat o explicație și singura cale de acest gen care ar produce aceste rezultate este calea pentozei fosfat”.

În timp ce zbura, s-a dovedit că molii nu numai că ardeau carbohidrați, ci și grăsimi. De îndată ce s-au odihnit, în câteva secunde, și-au mutat metabolismul către calea pentozei fosfat.

În plus față de rezolvarea problemei teoriei mai mari decât ceea ce permite măsurători, rezultatele au oferit răspunsul la misterul modului în care un organism care alimentează nectarul evită să se sinucidă de stresul oxidativ.

„Pe aparatul nostru de zbor, molii zboară în medie la aproximativ trei mile pe noapte”, spune Davidowitz. „Nu știm cât de mult zboară de fapt în sălbăticie”.

Când molii ard lipide în timpul exercițiilor intense, produc specii de oxigen mai reactive care prezintă un pericol suplimentar pentru mușchii lor de zbor.

„Credem că repararea țesuturilor are loc atunci când se odihnesc, dar nu am măsurat asta”, spune Davidowitz.

Dacă te odihnești, ruginești

Moliile care erau fluturași frecvenți și intensi s-au dovedit a avea mai puține leziuni celulare oxidative decât cele care nu, ceea ce părea contraintuitiv, spune Levin.

"Există această noțiune comună acolo unde avem tendința să credem că toate animalele care se hrănesc cu zahăr sunt creaturi foarte active și cu trai rapid", spune el. "Dar experimentele noastre sugerează că acest lucru nu este de fapt cazul. De fapt, există mult mai multă energie de câștigat prin arderea grăsimilor, așa că vă sugerăm că aceste animale performante consumă o dietă bogată în zahăr pentru a-și proteja mușchii de daune".

Levin spune că crede că principiile observate la molii Manduca se aplică tuturor animalelor, deoarece valori respiratorii similare au fost măsurate la marsupiale, mamifere și păsări.

Dar, pentru că păreau să contrazică teoria, aceste măsurători, de obicei, nu au intrat în hârtie sau au fost atribuite sintezei lipidelor, spune Levin.

Davidowitz adaugă: „Credem că abilitatea de a derula glucoza printr-o cale metabolică veche a permis animalelor care se hrănesc numai cu nectar să se angajeze în migrații lungi, precum fluturi monarhi, colibri și lilieci”.

Co-autorii lucrării sunt Giancarlo López-Martinez de la Universitatea de Stat New Mexico din Las Cruces, New Mexico și Bentley Fane, la Școala de Științe a Plantelor din UA și Institutul BIO5 al UA.