Поскольку большинство бабочек живут недолго, порхая между разноцветными цветами несколько недель перед смертью, несколько редких исключений поставили ученых в тупик. Теперь некоторые долгоживущие тропические виды бабочек проливают свет на секреты долголетия.
Бабочки рода Heliconius, обитающие в тропических лесах Южной и Центральной Америки, имеют сильно различающуюся продолжительность жизни. Бабочка Dione juno живет 14 дней после достижения взрослой стадии, тогда как Heliconius hewitsoni живет 348 дней — почти в 25 раз дольше.
Другие виды Heliconius также отличаются впечатляюще долгой жизнью, продолжительностью от 106 до 277 дней, согласно исследованию этого феномена, опубликованному во вторник в журнале Nature Communications. Некоторые ученые предположили, что длительная взрослая жизнь Heliconius связана с тем, что насекомые потребляют обогащенный рацион, а не полагаются исключительно на углеводы, как другие бабочки.
Однако точные причины такого неожиданного долголетия оставались неясными, что и вдохновило доктора Джессику Фоли, ведущего автора исследования и постдокторанта Исследовательского центра питания человека имени Жана Майера при Министерстве сельского хозяйства США в Университете Тафтса в Бостоне, на углубленное изучение этого интригующего рода бабочек.
«Мы наблюдаем огромные различия в продолжительности жизни в животном мире — взрослые поденки, как известно, живут всего один день, тогда как некоторые киты и акулы могут жить сотни лет, — написала Фоли в электронном письме. — Меня интересует эволюционная основа таких различий в продолжительности жизни, поскольку они могут дать представление, актуальное для здорового старения человека».
Фоли и ее коллеги обнаружили, что, хотя питание играет свою роль, некоторые Heliconius также развили механизм против старения, который исследователи все еще изучают, — и то, как он может стать моделью для понимания человеческого долголетия.
Изучение «экстремальных долгожителей» животного мира является сложной задачей для ученых, особенно если им приходится ждать столетия, чтобы вид достиг того, что считается старостью, сказала Фоли.
Менее изученные бабочки Heliconius стали идеальным объектом для исследования, поскольку ученые могли наблюдать весь их жизненный цикл примерно за год. Только одна другая известная бабочка, Myscelia cyanaris, живет дольше Heliconius, с максимальной продолжительностью жизни 380 дней, но данных, объясняющих почему, мало.
Фоли и ее сотрудники объединили обширный набор данных, чтобы изучить продолжительность жизни и модели старения в пределах рода Heliconius, используя информацию, собранную в коммерческих питомниках бабочек, исследованиях с мечением, выпуском и повторным отловом, а также контролируемые эксперименты.
Авторы хотели выяснить, приведет ли удаление необычного источника пищи из рациона этих бабочек к сокращению продолжительности их жизни, добавила она.
Большинство взрослых бабочек питаются исключительно цветочным нектаром, получая энергию только из углеводов, а не из аминокислот и липидов — необходимых для производства яиц и спермы для размножения, — которые они получали из растительного материала в стадии гусеницы до метаморфоза.
«Общая эволюционная стратегия заключается в том, чтобы размножаться как можно больше, пока эти ресурсы не исчерпаются, что для этих маленьких насекомых происходит довольно быстро, — сказала Фоли о липидах и аминокислотах. — Обычно они умирают вскоре после того, как этот ограниченный ресурс израсходован».
Однако большинство видов Heliconius приспособились питаться пыльцой — даже во взрослом возрасте, — что может обеспечивать насекомых большей энергией, заключили авторы. Пыльца также содержит липиды, которые помогают накапливать энергию, но также укрепляют иммунитет.
Авторы тщательно изучили взаимосвязь между Heliconius и пыльцой, чтобы понять, какие преимущества для здоровья бабочки получают от своего рациона.
«Я хотела понять реальную степень увеличения продолжительности жизни у Heliconius, выяснить, сопровождается ли это замедлением физиологического старения, и определить, будут ли они по-прежнему демонстрировать увеличение продолжительности жизни — что указывало бы на эволюционные механизмы долголетия — даже без пыльцы», — сказала Фоли.
Из 28 изученных исследователями видов Heliconius только шесть не питались пыльцой, и они жили от 14 до 98 дней. Но наблюдения команды показали, что даже при отсутствии пыльцы бабочки Heliconius все равно жили намного дольше, чем их родственники, не питающиеся пыльцой.
Команда также использовала уникальное устройство для измерения возрастного упадка у пожилых бабочек с помощью теста на силу захвата. Они создали устройство под названием «Вытягиватель» (The Pullinator), представляющее собой жердочку, обклеенную наждачной бумагой и прикрепленную к легкому деревянному основанию.
«Мы помещали это на лабораторные весы, обнуляли их, а затем осторожно держали бабочку за крылья и опускали ее, пока она не схватывалась за жердочку, — сказала Фоли. — Затем мы тянули, пока она не отпускала — но когда бабочка тянула, показания весов уходили в минус, и мы могли использовать максимальное отрицательное значение как показатель того, какой вес бабочка могла выдержать, прежде чем отпустить».
Бабочка вида Heliconius hecale, которая может жить до 277 дней, показала незначительное физиологическое ухудшение или его отсутствие во время теста на силу захвата, в то время как близкородственная Dryas iulia, которая не питается пыльцой и живет 98 дней, проявила признаки возрастного упадка. Heliconius hecale также дольше сохраняла массу тела и мышечную функцию — даже при отсутствии пыльцы.
Результаты показали, что в целом многие питающиеся пыльцой виды Heliconius имели более длительную продолжительность жизни и более медленные темпы старения, что позволяет предположить, что питание является важным фактором. Аминокислоты, полученные из пыльцы, также помогают бабочкам непрерывно производить больше яиц во взрослом возрасте, удлиняя их репродуктивную жизнь, сказала Фоли.
Но учитывая, что полное удаление пыльцы из рациона бабочек, казалось, не оказало негативного влияния на их долголетие, исследователи подозревают, что, подобно тому, как насекомые эволюционировали, чтобы питаться пыльцой, они также эволюционировали, чтобы жить дольше.
«Мы показываем, что у этих бабочек действительно есть эволюционные механизмы долголетия и что у них, по-видимому, также развилась отсрочка физиологического упадка, что делает их отличными новыми моделями для изучения механизмов, обеспечивающих долгую жизнь, — сказала Фоли. — Однако мы пока не знаем, что это за механизмы».
Коллеги Фоли заинтересованы в изучении более загадочных механизмов долголетия Heliconius, а также их развитых когнитивных способностей — у них большой мозг и впечатляющая долговременная память, даже в процессе старения, сказала она.
Изучение червей, мух и дрожжей позволило ученым лучше понять, как механизмы старения работают у людей. Изучение других примеров из животного мира может быть использовано для выявления решений, которые эволюция нашла для проблемы старения, сказала Фоли.
Новое исследование показывает, что Heliconius может быть потенциальной модельной группой насекомых для изучения увеличения продолжительности жизни, включая адаптации, которые могут замедлить старение и иметь потенциальное применение для человека, сказал доктор Джарет К. Дэниэлс, куратор и исполняющий обязанности заместителя директора Центра чешуекрылых и биоразнообразия МакГуайра при Флоридском музее естественной истории. Дэниэлс не участвовал в исследовании.
«Это исследование подтверждает полезность многих групп насекомых и важных модельных организмов для различных областей исследований, — сказал Дэниэлс в электронном письме. — Поскольку многие насекомые часто игнорируются или недооцениваются людьми, такие исследования могут помочь изменить эту точку зрения».
Подпишитесь на научную рассылку CNN Wonder Theory. Исследуйте вселенную с новостями об увлекательных открытиях, научных достижениях и многом другом.
Чтобы получать больше новостей и информационных бюллетеней CNN, создайте учетную запись на CNN.com