Chemiczne mechanizmy obronne w królestwie zwierząt Komunikacja raków

Sygnały chemiczne odgrywają ważną rolę w królestwie zwierząt i roślin – służą zarówno do komunikacji, jak i do obrony przed drapieżnikami. Jednak w przypadku skorupiaków sygnały te pozostają w dużej mierze niezbadane. Na Uniwersytecie w Greifswaldzie zamierza się to zmienić – między innymi przy pomocy nowoczesnych metod chromatograficznych.

W przypadku owadów wiadomo już sporo na temat ich chemicznych mechanizmów obronnych, które służą im do ochrony przed drapieżnikami. W przypadku skorupiaków wiedza na ten temat jest wciąż bardzo ograniczona. Na Uniwersytecie w Greifswaldzie zbadano, w jaki sposób zwykły skorki piwniczny (Porcellio scaber) chroni się przed zjedzeniem np. przez pająki. Jak on to robi?

Dr Andreas Fischer: Dokładnie, w przypadku skorupiaków prawie nie wiemy, w jaki sposób się komunikują, mimo że są najbliższymi krewnymi dobrze zbadanych owadów. Skorupiaki charakteryzują się również dużą różnorodnością, a nasze badanie nie dotyczyło skorupiaków wodnych, lecz skupiało się na ewolucyjnie młodej grupie skorupiaków, które zasiedliły ląd: skoczogonkach (Oniscidea). Wraz ze zmianą środowiska z wodnego na lądowe zwierzęta te przeszły pewne adaptacje – i oczywiście musiały zmierzyć się z zupełnie nowymi drapieżnikami, takimi jak owady czy pająki. Jednym z elementów adaptacji do życia na lądzie są gruczoły „tegumentalne”, które znajdują się po bokach każdego segmentu ciała. Gdy skoczogonek zostaje zaatakowany, pojawiają się małe i początkowo przezroczyste kropelki, które szybko mętnieją. Już w badaniach z lat 50. XX wieku wspomniano, że kropelki te mogą pełnić funkcję obronną przed drapieżnikami. Dalsze badania przeprowadzone w latach 90. wykazały, że kropelki te składają się z białek i szybko ulegają koagulacji, czyli stają się lepkie. Dopiero teraz nasza grupa odkryła, że wydzielina ta zawiera cztery substancje chemiczne o podobnej strukturze, które powstrzymują drapieżniki przed zjedzeniem zwierzęcia.

Z jakich składników składa się wydzielina stonogi piwnicznej i za pomocą jakich metod ustalono jej skład?

Obrona chemiczna zwykłego stonoga, Porcellio scaber, opiera się na czterech substancjach chemicznych o działaniu obronnym, opartych na chinolinie. Zbadaliśmy to za pomocą różnych eksperymentów behawioralnych oraz nowoczesnych metod analizy chemicznej. W eksperymentach behawioralnych jako drapieżnika wybraliśmy pająka Steatoda grossa, który często występuje razem z skoczogłowcami, ale o którym wiedzieliśmy, że skoczogłowce niechętnie stają się jego ofiarami. Ponadto jako ofiarę, którą pająk chętnie zjada, wybraliśmy chrząszcza mącznego Tenobrio molitor. W naszych eksperymentach behawioralnych głodnym pająkom podawaliśmy albo skoczogonka, albo chrząszcza mącznego, albo chrząszcza mącznego pokrytego substancjami chemicznymi pochodzącymi od skoczogonka. W ten sposób mogliśmy zaobserwować, że wydzieliny skoczogonków chroniły również mącznika, gdy zostały na niego sztucznie nałożone.

W celu przeprowadzenia analizy chemicznej zdecydowaliśmy się najpierw na chromatografię gazową sprzężoną ze spektrometrią masową (GC-MS), dzięki której udało nam się wykryć i zidentyfikować dwie substancje z grupy chinolin. W ostatnich latach nasze badania wielokrotnie wykazały, że standardowy przyrząd analityczny GC-MS jest wprawdzie niezwykle pomocny, ale nie jest w stanie wykryć wielu substancji chemicznych. Dlatego też analizowaliśmy ekstrakty z skoczogonek również za pomocą nowoczesnej chromatografii cieczowej sprzężonej z tandemową spektrometrią masową. W ten sposób udało nam się wykryć dwie kolejne substancje pokrewne chinolinie. Wszystkie cztery substancje wykazują działanie ochronne, przy czym najsilniejszą ochronę zaobserwowano w ich połączeniu. Interesujące było również to, że trzy z czterech związków to dotychczas nieznane substancje naturalne, a jeden był już znany jako wydzielina obronna chrząszcza wodnego.

W jakich dziedzinach mają znaczenie wyniki Państwa badań? Jakie dalsze badania są planowane?

Nasze wyniki dają wgląd w procesy adaptacji skorupiaków do nowego środowiska lądowego. Interesujące jest również to, że skorupiaki, podobnie jak owady, wytwarzają wydzieliny obronne, a związki chemiczne w nich zawarte są bardzo podobne, co wskazuje na podobne szlaki biosyntezy. Nowe związki poszerzają naszą wiedzę na temat substancji chemicznych wykorzystywanych przez zwierzęta jako sygnały. Sygnały chemiczne te mogłyby ponadto, co do zasady, znaleźć zastosowanie w zwalczaniu szkodników. Bardzo interesuje nas zbadanie kolejnych gatunków skorupiaków, zwłaszcza raków wodnych, oraz wyjaśnienie różnorodności substancji naturalnych.

Bardzo dziękuję za rozmowę, panie doktorze Fischer.