Wetenschappers hebben ontdekt hoe een groep rupsen hun toxische verdediging heeft ontwikkeld door genen die normaal actief zijn in hun spijsverteringsstelsel te herbestemmen, waardoor ze kunnen profiteren van de plantchemicaliën die ze eten om giftig te worden voor roofdieren.

Het internationale team, bestaande uit onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en het Natural History Museum, deed hun ontdekking bij het bestuderen van de evolutie van Lepidoptera – een groep insecten, waaronder vlinders en motten.

Het herbestemmen van genen is een veelzijdig en cruciaal mechanisme voor evolutie gebleken, dat de diversificatie en aanpassing van het leven op aarde mogelijk maakt. Hoe dit proces precies plaatsvindt, wordt echter nog steeds slecht begrepen. Het onderzoek van het team, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Ecology &Evolution, helpt licht te werpen op dit mysterie door de moleculaire en evolutionaire veranderingen te beschrijven die ten grondslag liggen aan de evolutie van een complexe eigenschap in een giftige groep rupsen.

“We waren verheugd toen we ontdekten dat de giftige afweer van cinnabermotten evolueerde door de evolutie van nieuwe moleculaire interacties tussen twee eiwitten, waardoor de rupsen konden profiteren van plantaardige chemicaliën”, zegt hoofdauteur dr. Marta Maroja, voorheen verbonden aan de afdeling Zoölogie van Cambridge. en nu gevestigd aan de Universiteit van Turku, Finland.

Cinnaber-motten (Tyria jacobaeae) komen voor in een groot deel van Europa en Azië. Hun rupsen voeden zich uitsluitend met de giftige bladeren van Jakobskruiskruidplanten en sekwestreren de plantchemicaliën om onsmakelijk en vervolgens giftig te worden voor potentiële roofdieren.

Door een combinatie van laboratorium- en veldexperimenten testte het team eerst de defensieve rol van de opgeslagen gifstoffen van de rupsen. Ze ontdekten dat rupsen van cinnabermotten die zich met Jakobskruiskruid hadden gevoed, werden afgewezen en vermeden door roofdieren, terwijl rupsen die waren grootgebracht op planten zonder defensieve chemicaliën hun giftige eigenschappen verloren en smakelijk werden voor roofdieren.

De onderzoekers gebruikten vervolgens een uitgebreide vergelijkende genomica-aanpak, waarbij ze de genomen en transcriptomen (de reeks RNA-moleculen die door het genoom tot expressie worden gebracht) van rupsen van cinnabermotten en verschillende verwante soorten analyseerden. Deze analyse onthulde dat de toxische afweer van de rupsen evolueerde als gevolg van veranderingen binnen een ontgiftingsroute die normaal aanwezig is in het spijsverteringsstelsel van alle rupsen.

Een gen dat normaal gesproken betrokken is bij de ontgifting van plantaardige chemicaliën in de darmen, werd gedupliceerd in een voorouder van de cinnabermot, en de kopie werd vervolgens gerekruteerd in de zijdeklieren, die zijde afscheiden die werd gebruikt om hun beschermende cocons te creëren. De uitgebraakte zijde van de rups fungeert als een afweermechanisme en creëert een onaangename schuimige afscheiding die hun lichaam bedekt en die giftig is voor roofdieren.

“Ons onderzoek wijst niet alleen op de oorsprong van de giftige afweer die wordt aangetroffen in de rupsen van de cinnabermot, maar benadrukt ook hoe hun voorouder potentieel zijn giftige dieet zou kunnen exploiteren door componenten van zijn spijsverteringsontgiftingsroute opnieuw te gebruiken”, zegt senior auteur dr. Mathieu Joron, eveneens van het Universiteit van Cambridge's afdeling Zoölogie, en gevestigd in het Natural History Museum, Londen.

“Evolutie wordt vaak gezien als een proces waarbij vanuit het niets ingewikkelde nieuwe aanpassingen worden opgebouwd. Onze studie draagt ​​echter bij aan een groeiende hoeveelheid onderzoek dat laat zien hoe evolutie ook kan werken door bestaande kenmerken aan te passen, genen en moleculaire mechanismen te herbestemmen, om zo complexe nieuwe kenmerken te produceren die fascinerende gevolgen hebben voor de ecologie van dieren”, aldus dr. Maroja.