研究人员深入了解甲虫如何利用屁股保持水分

甲虫是在极端干燥的环境中生存的冠军。在某种程度上，这种特性是由于它们能够用后端从空气中吸水。哥本哈根大学和爱丁堡大学的研究人员进行的一项新的合作研究解释了如何做到这一点。除了帮助解释甲虫如何在很少有其他动物可以生存的环境中茁壮成长之外，这些知识最终还可以用于更有针对性和更精细地控制全球害虫，如谷物象鼻虫和红粉甲虫。

害虫每年在世界各地吃掉数千吨的食物。发展中国家的粮食安全尤其受到象鼻虫和红粉甲虫等动物物种的影响，这些动物物种专门在包括粮仓在内的极端干燥环境中生存了数千年。

在这项发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究中，哥本哈根大学生物系的研究人员调查了甲虫在不饮用任何液态水的情况下生存一生的能力的分子和生理过程。这种特性的秘密之一在于它们的后端。

事实上，甲虫可以打开直肠，从潮湿的空气中吸收水分并将其转化为液体，然后吸收到体内。这种新颖的用水方法在世界各地的科学界已经为人所知一个多世纪，但直到现在才完全澄清。

“我们已经揭示了允许甲虫直肠吸收水分的分子机制。昆虫对水分平衡的变化特别敏感。因此，这些知识可用于开发更有针对性的方法来对抗破坏我们粮食生产的甲虫物种，而不会其他动物或伤害人类和自然，“领导这项研究的生物学系副教授Kenneth Veland Halberg说。

骨干便证明有效抽液

研究人员研究了红粉甲虫的内部器官，以更多地了解它们通过直肠吸收水分的能力。红粉甲虫被用作所谓的模式生物，这意味着它们提供了使它们易于使用的工具，并且它们的生物学与其他甲虫相似。

在这里，研究人员发现了一种基因，与动物的其他部分相比，该基因在甲虫直肠中的表达量是其他动物的六十倍，这比他们发现的任何其他基因都要高。这导致他们获得了一组独特的细胞，称为钩端膈细胞。经过仔细观察，他们可以看到，当甲虫通过其后端吸收水分时，这些细胞起着至关重要的作用。

“钩端膈细胞是位于甲虫肾脏和昆虫循环系统或血液之间的微小细胞，就像窗户一样。当甲虫的肾脏环绕其后肠时，钩端膈细胞通过将盐泵入肾脏来发挥作用，以便它们能够通过直肠从潮湿的空气中收集水分，并从这里进入体内。我们发现的基因对这一过程至关重要，这对我们来说是新知识，“Kenneth Veland Halberg解释说。

除了能够从空气中吸水外，甲虫在从食物中提取液体方面也非常有效。即使是干谷物，可能由1-2%的水组成，也有助于甲虫的体液平衡。

“甲虫可以在不喝液态水的情况下经历整个生命周期。这是因为它们经过修饰的直肠和紧密应用的肾脏共同构成了一个多器官系统，该系统高度专业化地从它们吃的食物和周围的空气中提取水分。事实上，它发生得如此有效，以至于我们检查的粪便样本完全干燥，没有任何水痕迹，“Halberg解释说。

全球粮食产量损失多达25%

在过去的500亿年里，甲虫成功地遍布全球。今天，地球上五分之一的动物是甲虫。不幸的是，甲虫也是对我们的粮食安全产生破坏性影响的害虫之一。红粉甲虫，谷物象鼻虫，困惑的面粉甲虫，科罗拉多马铃薯甲虫和其他类型的甲虫每年占全球粮食供应的25%。

我们每年在全球范围内使用大约 100 亿美元的杀虫剂来防止昆虫进入我们的食物。然而，传统杀虫剂会伤害其他生物体并破坏环境。

因此，根据Halberg的说法，重要的是开发更具体和“环保”的杀虫剂，只针对害虫，同时绕过蜜蜂等更有益的昆虫。这就是对甲虫的解剖学和生理学有新的更好的理解可能成为关键的地方。

“现在我们确切地了解了当甲虫吸收直肠中的水分时，哪些基因，细胞和分子在起作用。这意味着我们突然掌握了如何破坏这些非常有效的过程，例如，开发针对此功能的杀虫剂，并在此过程中甲虫，“Halberg说。

“地球上的昆虫生物量是人类的二十倍。它们在大多数食物网中发挥着关键作用，对几乎所有生态系统和人类健康都有巨大影响。因此，我们需要更好地了解它们，“ 研究人员总结道。

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