Tienen algunos de los sombreros más impresionantes del mundo de los insectos, pero no son más grandes que un grano de maíz.
Viven en todo el mundo, incluso en Storrs, principalmente en bosques y jardines, pero unos pocos tienen una de las mejores vistas del campus desde sus acogedoras tiendas de malla dentro de los invernaderos de investigación en la azotea en el Edificio de Biología / Física -no suele ser un lugar donde quieras alojar un insecto que atraviesa las plantas para deleitarse con sus jugos. Pero estos no son insectos típicos.
En todo el mundo, hay más de 3.000 especies de pequeños saltamontes, conocidos por su ornamentado pronoto, la parte superior dorsal del primero de los tres segmentos del tórax de un insecto, que comúnmente se conoce como el "casco" del saltamontes.treehopper desarrolló el adorno de capucha tridimensional ampliado que lo distingue del resto del mundo de los insectos sigue siendo un misterio para los científicos, aunque se teoriza que la imitación o el camuflaje diseñado para protegerlo de los depredadores es una razón probable.
Pero un estudio de investigadores del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de UConn, publicado hoy en la revista Ecología y evolución de la naturaleza , está arrojando nueva luz sobre un debate de larga duración sobre cómo evolucionó el casco de treehopper.
"Siempre me han interesado las cosas que se ven realmente geniales", dijo Cera Fisher Ph.D. '19, investigadora postdoctoral y beneficiaria de la Beca de Becarios Sobresalientes de UConn que ha estado estudiando compradores de árboles desde 2012 y es la autora principaldel nuevo estudio: "Y, en particular, los tipos de formas corporales en las que piensas, '¡Vaya! ¿Cómo evolucionó eso?' Ya sabes, donde es un poco alucinante".
El casco del saltamontes es, de hecho, alucinante: algunas especies se parecen a las hojas o las espinas, mientras que otras parecen como si hormigas o avispas estuvieran sentadas en lo alto de la cabeza del saltamontes. La forma en que surgió ese casco único ha sido tema de debate entre losentomólogos y biólogos evolutivos que estudian los pequeños insectos: ¿se desarrolla utilizando los mismos genes que el resto de la pared del cuerpo? ¿O tuvo que tomar prestados genes del desarrollo de otro lugar, tal vez las piernas o las alas?
"Con sus parientes más cercanos, y en realidad casi cualquier otro insecto, esta misma parte del cuerpo es solo una parte plana de su espalda", dijo Fisher. "Con el saltamontes, esa parte del cuerpo se proyecta en tres dimensiones diferentes, dándolestodo este nuevo espacio en el que pueden evolucionar. Han existido durante unos 130 millones de años, pero en ese tiempo han desarrollado 3000 formas diferentes de esta parte del cuerpo. Ese tipo de diversidad es realmente impresionante ".
Fisher buscó abordar la cuestión de cómo evolucionó el treehopper su casco al secuenciar el ARN del insecto, el ácido nucleico presente en todas las células vivas que funciona como un mensajero, llevando información sobre cómo se expresan los genes. Ella desarrolló sus muestras primero domesticandosu propia colonia de Entylia carinata, que Fisher llama el "camelback treehopper", una especie que se puede encontrar en Connecticut, tiene una interesante curva en forma de C en su casco, se desarrolla relativamente rápido de huevo a adulto, y no es del todotan exigente con su dieta como otras especies. La colonia UConn cena en plantas de girasol de rápido crecimiento y fáciles de cultivar.
Luego, Fisher diseccionó los pequeños insectos, un proceso minucioso que se llevó a cabo con un microscopio y herramientas extremadamente finas, y extrajo muestras de los saltamontes. También extrajo muestras de Homalodisca vitripennis, una especie de insecto saltahojas relacionado con los saltamontes, perocarece de casco y en su lugar muestra el pronoto más típico de superficie lisa.
"El saltahojas es nuestro caso de comparación", dijo Fisher. "Representa lo que creemos que fue el antepasado del saltamontes como podría haber sido su antepasado común".
Fisher luego secuencia el ARN de múltiples partes del cuerpo en ambos insectos y vadea a través de más de mil millones de puntos de datos en busca de cualquier similitud o señal que pueda apuntar a genes específicos en juego en la formación del casco del saltamontes. En última instancia, mientrasLa secuencia de ARN de leafhopper mostró que su pronoto plano era sustancialmente similar a su mesonoto también plano, que es la parte superior de su segundo segmento del cuerpo, los genes del pronoto con casco del treehopper eran más similares a sus alas.
"Teníamos tres ideas diferentes para cosas que podrían haber llevado a la evolución del casco", dijo Fisher. "Pensamos que tal vez solo estaba usando las mismas vías de desarrollo que normalmente se usan en esa pared dorsal del cuerpo. Pensamosque podría ser posible que estuviera reutilizando algunos genes relacionados con las alas, y luego pensamos que podría estar reutilizando genes que normalmente están involucrados en el desarrollo de las piernas ".
Fisher continuó: "A un nivel realmente alto, los datos de ARN indican que el casco está usando muchos de los mismos genes que usan las alas en el desarrollo; se está construyendo con los mismos genes".
Elizabeth Jockusch, directora de laboratorio y profesora que supervisa el trabajo de Fisher y coautora del estudio, dijo que la mayor sorpresa para ella fue cuán grande fue el efecto sobre la expresión génica.
"Pensé que incluso si el casco hubiera incorporado una red de desarrollo desde otra parte del cuerpo", dijo, "todavía veríamos predominantemente que se parecía a su homólogo en serie", es decir, la parte del cuerpo más cercana a él, el segundo segmento torácico. Sin embargo, ese no era el caso: el paisaje genético que unía las alas al casco era abrumadoramente claro.
Jockusch dijo que la otra sorpresa del estudio fue que, entre las dos especies, el saltamontes y el saltahojas, todo en la expresión génica se alinea exactamente de la manera que piensas, excepto el casco del saltamontes.
"Especialmente en los insectos, con la forma en que cambian sus planes corporales, la forma en que obtienes toda esta diversidad es por estas partes del cuerpo repetidas en serie que divergen entre sí", dijo Fisher. "Lo interesante de la palmera es que es un caso dedivergencia de estos homólogos en serie donde no se trata solo de adquirir algunos cambios gradualmente en el transcurso de cientos de millones de años, sino de tomar todo este conjunto de genes y volver a desplegarlo en este lugar y, al hacerlo, obtienes una parte del cuerpo realmente diferente"
El estudio de Fisher solo involucró una especie de saltamontes y una especie de saltahojas, y solo tomó una muestra de los insectos en un momento de su desarrollo, desde ninfas inmaduras hasta adultos completos con casco. Sin embargo, su trabajo en los pequeños insectos fascinantes continuará, conestudio que implica muestrear la misma especie en diferentes puntos de su desarrollo de ninfas, así como muestrear dos especies adicionales de saltamontes para ver si se produce la misma señalización de ARN en diferentes miembros de la diversa familia de saltamontes. El estudio continuo también agregará otra especie de comparación, el insecto de algodoncillo.
Fisher dijo que todavía hay preguntas por responder acerca de cómo surgió el casco del árbol.
"¿Puedes tratar de obtener los primeros cambios, como qué cambió exactamente para iniciar toda esta expresión génica similar a un ala?", Dijo ella. "Otra pregunta es que, dado que tenemos esta expresión génica similar a un ala,¿Cómo obtenemos todas estas formas? ¿Cómo obtenemos toda esta diversidad? Porque también hay mucha diversidad en las alas de los insectos, y muchas de las formas en que las alas de los insectos pueden cambiar de forma y forma se han estudiado mucho, especialmente enmariposas. Pero no sabemos cómo esta cosa tridimensional podría ser manipulada a través de la selección natural ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Connecticut . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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