Onderzoekers van de Universiteit van Montana hebben nog een ontdekking gedaan op cellulair niveau om de basisprocessen van al het leven op onze planeet te helpen begrijpen - dit keer binnen de ongewone bacteriën die in cicade-insecten hebben geleefd sinds dinosaurussen op aarde rondzwierven.

Gedurende de afgelopen 70 miljoen jaar, de bacteriën ondergingen extreme aanpassingen om in de lichamen van de insecten te leven, ze verliezen naar schatting 95 tot 97 procent van hun genen en resulteren in enkele van de kleinste genomen die organismen kennen. In het proces, ze verloren het vermogen om ergens buiten de krekels te leven.

"Cicada-symbiotische complexen zijn heel anders dan elk ander bekend organisme, " zei Matt Campbell, een UM-afgestudeerde student die krekels bestudeert in het laboratorium van universitair hoofddocent John McCutcheon, gevestigd in de afdeling Biologische Wetenschappen.

Veel insecten leven nauw samen met nuttige, of "symbiotische, " bacteriën. Deze bacteriële symbiose is van cruciaal belang voor insecten die slechts één soort voedsel consumeren dat enkele essentiële voedingsstoffen mist. Voorbeelden zijn onder meer bloedvoedende luizen en insecten die zich voeden met plantensap - bladluizen, sprinkhanen en krekels.

Het UM-onderzoek heeft aangetoond dat de symbiotische bacteriën van krekels aminozuren en vitamines produceren die hun insectengastheren nodig hebben om te groeien en zich voort te planten. Tijdens drie veldseizoenen bestudeerden ze een Zuid-Amerikaanse cicade, Postdoctoraal onderzoeker Piotr Lukasik van de UM ontdekte dat veel van de enkele symbiotische bacterie van de soort evolueerde tot complexen van verschillende soorten bacteriën in dezelfde cicade.

“Door dat proces individuele bacteriën hebben veel genen verloren en zijn nu van elkaar afhankelijk omdat elk type unieke, essentiële genen, " zei Lukasik. "De verschillende soorten moeten allemaal samenwerken om de aminozuren en vitamines te leveren die hun cicade-gastheer nodig heeft."

Een andere soort cicade, gelegen in het oosten van de V.S., bevat tientallen kleine, snel evoluerende bacteriesoorten. Individuele typen bevatten meestal weinig herkenbare genen en zijn verdeeld over verschillende cellulaire compartimenten binnen een cicade op een manier die niet volledig wordt begrepen.

"Cicaden herbergen symbiotische complexen in plaats van een enkele, goed opgevoede bacteriën, wat een uitdaging kan zijn voor de soort, " zei Lukasik. "Tenslotte, wanneer je een maaltijd nodig hebt - of het nu een vitamine is die een cicade nodig heeft of een pizza waar een hongerige student naar hunkert - is het gemakkelijker om het uit een enkele bron te halen in plaats van het uit verschillende bronnen te combineren."

De onderzoekers geloven dat deze evolutie van de bacterie bij toeval gebeurde, en ondanks dat het de cicade niet hielp, de microscopisch kleine wezens moeten voor de lange termijn blijven omdat de cicade ze nu nodig heeft om te overleven.

"Inderdaad, de krekels met de langste levenscycli zijn ook die met de gekste bacteriële symbionten, ' zei Lukasik.

Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in de Huidige biologie artikel "Idiosyncratische genoomdegradatie in een bacteriële endosymbiont van periodieke krekels, " evenals in de studie "Multiple Origins of Interdependent Endosymbiotic Complexes in a Genus of Cicadas" in het laatste nummer van Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika.