Pyrrolizidinalkaloider är lika bittra och giftiga som de är svåra att uttala. De produceras av flera olika typer av växter och är bland de främsta orsakerna till oavsiktlig död hos nötkreatur.
Växter som innehåller dessa alkaloider har gjort det mycket tydligt att de inte vill bli konsumerade, men det har inte avskräckt bella nattfjärilar (Utetheisa ornatrix). Dessa dagsflygande nattfjärilar äter uteslutande de alkaloidbelastade bladen och fröna från skallerlådeväxter. De använder sedan toxinet för att skydda sina ägg och avskräcka rovdjur i senare livsstadier. De använder det till och med för att göra feromoner som attraherar kompisar.
Exakt hur bella nattfjärilar och besläktade arter utvecklade förmågan att säkert konsumera pyrrolizidinalkaloider är fortfarande okänt.
I en ny studie publicerad i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences , har forskare sekvenserat bella moth-genomet, som de använde för att lokalisera specifika gener som kan ge immunitet mot dessa toxiner.
De sekvenserade också genom från 150 museiexemplar - några mer än ett sekel gamla - för att avgöra var bellamalarna och deras nära släktingar härstammar. Slutligen kammade de igenom genetiska data och letade efter ledtrådar som kunde hjälpa till att förklara hur de invecklade vingmönstren hos bella nattfjärilar utvecklades över tiden – den första studien om nattfjärilar eller fjärilar som har gjort det med hjälp av torra museisamlingsexemplar.
"Vi har lyckats visa att du kan använda museiprover för att svara på genetiska frågor som normalt kräver komplicerade laboratorietekniker", säger studiens medförfattare Andrei Sourakov, samlingskoordinator vid Florida Museum of Natural History's McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity. "Detta öppnar ett fönster för framtida forskning av det här slaget."
Sourakov har studerat bella nattfjärilar i 15 år och sa att sekvensering av arvsmassan för denna art var det naturliga nästa steget i den forskning han har bedrivit hittills. Många av de insikter han fick under den tiden kom från hans arbete med studenter på grund- och gymnasienivå, som han hjälpte till att genomföra korta experiment, analysera data för vetenskapsmässor och tolka resultaten i peer-reviewed papers.
I ett sådant projekt satte en student sig för att fastställa medellivslängden för vuxna bella moth och snubblade oavsiktligt över malvärldens Metusalem.
"Till vår stora förvåning kan de leva i upp till 50 dagar, vilket är fyra till fem gånger längre än en genomsnittlig nattfjäril," sa Sourakov.
Livslängd är inte en kritiskt viktig egenskap hos de flesta malarter. Många häckar en gång och dör sedan kort efter, antingen av åldrande eller predation. Men bella nattfjärilar begränsas inte av det senare, vilket gör det mer sannolikt att gener som ger ökad livslängd kommer att vara fördelaktiga och överföras till nästa generation.
"Det är vettigt att något som är kemiskt försvarat ska leva längre, för även om de fångas släpper rovdjuret oftast taget och malen kan fortsätta flyga runt."
Bella nattfjärilar lever i stora delar av östra Nordamerika, Centralamerika och Karibien och är ofta aktiva under dagen. Istället för att använda mörkret som ett hölje för att undvika rovdjur, gör bellamalarna en poäng med att bli sedda. Deras vingar är klädda med strålande rosa, pärl-, onyx- och svavelgula fjäll, som fåglar och köttätande insekter lätt kan upptäcka på avstånd. Alla rovdjur som har otur nog att fånga en bella nattfjäril korrigerar snabbt sitt misstag.
"Bananspindlar kommer att skära ut dem från deras nät," sa Sourakov och tillade att vargspindlar och fåglar kommer att göra allt för att undvika dem. "När de fångas producerar de skummande vätska som smakar dåligt gjord nästan helt av alkaloider."
När honorna är redo att para sig, släpper honorna en plym av aerosoliserade alkaloider som härrör från växterna de åt som larver. Hanar attraheras av denna doft, som de följer till dess källa. Där utför de en kort men genomarbetad ritual där de försiktigt rör vid honans huvud med två fluffiga och indragbara strukturer som har en stark likhet med maskrosor. Varje filament i dessa strukturer är spetsad med pyrrolizidinalkaloider.
Om honan bestämmer sig för att hanen har en tillräcklig mängd och kvalitet av alkaloider lagrade, kommer paret att para sig. När hanen är klar lämnar hanen efter sig en avskedsgåva som kallas en spermatafor, som innehåller spermier och fler alkaloider. Honan kommer att använda detta och alkaloider från sin egen reserv för att infundera de resulterande äggen med toxiner. Denna typ av biparental äggskydd hos insekter är sällsynt. Faktum är att när den först observerades 1989 bland vuxna bella moth, var den det enda kända exemplet på en mal eller fjäril hane som investerade några kemiska resurser i sin avkomma.
Bella nattfjärilar kan undvika de skadliga effekterna av pyrrolizidinalkaloider genom att använda ett speciellt enzym som oxiderar molekylen, vilket gör den ofarlig. Men om ett rovdjur äter en nattfjäril, vänds processen och alkaloiden återfår sin styrka.
Pyrrolizidinalkaloider utvecklades troligen först som en försvarsmekanism i växter, som sedan blev en handelsvara för nattfjärilar. Sourakov och hans kollegor ville veta hur bella-fjärilar förvärvade detta avgiftande enzym och hur de bibehöll det genom en kapprustning som miljontals år lång mellan växt och nattfjäril.
Författarna upptäckte att bellamalar inte har en utan två kopior av genen som kodar för deras unika avgiftande enzym. De kan ha förvärvat den andra genom en process av genduplicering, där andra arter, inklusive många växter, har utvecklat nya egenskaper.
De hittade också två kopior av en gen som delvis är involverad i antioxidantproduktion och försvar. Sourakov misstänker att dessa gener kan vara relaterade både till bellamalarnas förmåga att avgifta alkaloider och till deras anmärkningsvärda livslängd.
"Vissa typer av stress på biologiska system resulterar i en längre livslängd. Det kan vara så att interaktionen bella nattfjärilar har med alkaloider inte bara är anledningen till att det är vettigt för dem att leva långa liv, utan också en av mekanismerna bakom det." "
Mer information: Jing Zhang et al, Vad ett släkte av pråliga nattfjärilar kan säga om migration, anpassning och vingmönster, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2319726121
Journalinformation: Proceedings of the National Academy of Sciences
Tillhandahålls av Florida Museum of Natural History
