根據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員的說法，甲蟲甲蟲會產(chǎn)生腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，噴灑它們以防御捕食者，保護(hù)身體免受這些有毒物質(zhì)侵害的化合物有望用于生物工程或生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
Carabidae家族代表了極其多樣化的昆蟲系列，有近40,000種。允許它們茁壯成長的特征之一是獨特的腺體系統(tǒng)。它生產(chǎn)，儲存和推動有毒化學(xué)品 - 如甲酸，酚類和濃縮過氧化氫 - 以抵御想要吃甲蟲的昆蟲，兩棲動物甚至小型哺乳動物。
pygidial腺體位于腹部，由防御性化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的肺葉組成，通過長的集合管連接到肌肉化的儲液室。在大多數(shù)甲板甲蟲中，這個水庫在腹部開口處開有管道。構(gòu)成腺體系統(tǒng)并含有防御性化學(xué)物質(zhì)的組織長期以來一直是昆蟲學(xué)家的一個謎。
“我們不知道這些組織是由什么組成的，”昆蟲學(xué)助理教授Tanya Renner說，他在農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院的研究小組最近發(fā)現(xiàn)彈性蛋白resilin允許甲蟲甲蟲成為昆蟲世界的化學(xué)家。“他們生產(chǎn)超過250種不同的化合物來保護(hù)自己。”
之前沒有研究表明昆蟲如何能夠避免由于儲水泵收縮產(chǎn)生的潛在應(yīng)力或它們所含的防御性化學(xué)物質(zhì)的腐蝕作用而對腺體成分造成的損害。然而，使用先前賓夕法尼亞州昆蟲學(xué)研究開創(chuàng)的研究過程 - 基于自發(fā)熒光的激光掃描顯微鏡 - 研究人員找到了答案。
使用這種方法，根據(jù)其內(nèi)容，組織發(fā)出不同波長的光，研究人員仔細(xì)檢查了賓夕法尼亞州的地面甲蟲。他們發(fā)現(xiàn)腺體系統(tǒng)中的組織運輸防御性化學(xué)物質(zhì)，富含柔軟的橡膠狀樹脂，這是一種在許多昆蟲和其他節(jié)肢動物中發(fā)現(xiàn)的化合物。Resilin為機械活動組織提供彈性，例如跳蚤腿關(guān)節(jié)或蝗蟲翅鉸鏈。但以前不知道resilin是甲蟲腺體系統(tǒng)。
昆蟲學(xué)博士生首席研究員Adam Rork指出，甲蟲可以將它們的pygidial腺體內(nèi)容噴射到它們體長的許多倍。當(dāng)賓夕法尼亞地面甲蟲沒有為自己辯護(hù)時，他們是農(nóng)業(yè)的朋友，每天消耗體重，吃蚜蟲，蛾和甲蟲幼蟲等害蟲，以及slu and和蝸牛。
Rork為這項研究收集了地面甲蟲 - 研究結(jié)果發(fā)布于今天(2月25日)節(jié)肢動物結(jié)構(gòu)與發(fā)展 - 來自賓夕法尼亞州立大學(xué)公園校園幾英里的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。他在賓夕法尼亞州立大學(xué)顯微鏡和細(xì)胞計數(shù)設(shè)施中解剖昆蟲并準(zhǔn)備腹部組織進(jìn)行掃描。
他認(rèn)為，carabid甲蟲pygidial腺體 - 豐富的resilin - 是一個關(guān)鍵的創(chuàng)新和進(jìn)化適應(yīng)，使動物王國的一個最大的家庭能夠生存多年。
“雖然已經(jīng)做了很多工作來描述許多亞科中這些腺體的形態(tài)，但他們對組織成分的研究卻很少，”他說。“我們的研究結(jié)果不僅對于了解這些結(jié)構(gòu)如何進(jìn)化，而且對于如何抵抗遏制和排出細(xì)胞毒性化學(xué)物質(zhì)的壓力至關(guān)重要。”
除了提高對昆蟲組織成分的理解之外，Renner認(rèn)為resilin是一種化合物，由于其不尋常的特性，可能會被用于未來的生物工程和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。她解釋說，科學(xué)家們現(xiàn)在對昆蟲和蜘蛛產(chǎn)生的化合物感興趣，因為這些結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)化并證明它們足以在現(xiàn)實世界中保持強大。
“他們堅持并且往往比合成更好，”她說。“由于它具有不滲透性，對化學(xué)品具有高度耐受性和柔韌性，因此在我們需要將兩種不同的化學(xué)物質(zhì)彼此遠(yuǎn)離但在同一環(huán)境中相互遠(yuǎn)離的應(yīng)用中，resilin似乎是阻隔材料的有力候選者。”
Rork補充說，另一個潛在用途是組織工程。Resilin與人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)彈性蛋白有許多相似之處，可用于為患有退行性疾病或損傷的人設(shè)計新組織。
Renner說，這項研究是通過賓夕法尼亞州立大學(xué)顯微鏡和細(xì)胞計數(shù)設(shè)施實現(xiàn)的，它為學(xué)生提供了對復(fù)雜儀器的輕松訪問和培訓(xùn)。
“這不僅僅是基礎(chǔ)設(shè)施，而是那些非常不尋常的學(xué)生可以使用的工作人員 - 這就是賓夕法尼亞州昆蟲學(xué)如此特別的原因。”