Η μαγική μεταμόρφωση μιας κάμπιας σε πεταλούδα αποτελεί ένα από τα ανεξήγητα μυστήρια της φύσης. Ενα άσχημο πλάσμα σφηνώνεται μέσα σε ένα κουκούλι, για να εκκολαφθεί λίγες ημέρες (ή μήνες αργότερα) ως μια εντυπωσιακή «χορεύτρια» των αιθέρων.
Η συγκεκριμένη διαδικασία της ολομεταβολής ή αλλιώς της ολοκληρωτικής μεταμόρφωσης βασίζεται σε τέσσερα στάδια ζωής κατά τα οποία το έντομο αποκτά διαφορετική μορφή κάθε φορά: το εμβρυϊκό στάδιο, υπό μορφή αβγού, το στάδιο της προνύμφης ή κάμπιας, το στάδιο της χρυσαλλίδας και το τελικό στάδιο του ενήλικου εντόμου. Στα «προικισμένα» έντομα που έχουν τη μαγική ικανότητα της μεταμόρφωσης συγκαταλέγονται –μεταξύ άλλων –η μύγα, το σκαθάρι, η μέλισσα, το μυρμήγκι κ.ά. Καμία από τις μεταμορφώσεις ωστόσο δεν είναι τόσο θεαματική όσο εκείνη της πεταλούδας.
Τι ακριβώς συμβαίνει μέσα στο κουκούλι κατά τη διάρκεια των ημερών που το πανέμορφο λεπιδόπτερο βρίσκεται ερμητικά κλεισμένο; Πώς τρέφεται; Πώς ακριβώς αναπτύσσεται; Πώς από κάμπια καταλήγει σε ζωντανό «έργο τέχνης»; Τρισδιάστατες εικόνες που απέσπασαν με τη βοήθεια της μεθόδου της μικροτομογραφίας (micro-CT) ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ και το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Λονδίνου, στη Βρετανία, αποκαλύπτουν το θαύμα της μεταμόρφωσης.
Μιλήσαμε με τον δρα Τρίσταν Λόου, ερευνητή στις ακτινολογικές εγκαταστάσεις Henry Moseley, στη Σχολή Υλικών του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, ο οποίος μας εξήγησε πώς η κάμπια, σαν να ήταν φτιαγμένη από… Lego, οδηγείται στην κυριολεκτική αναδόμησή της.
«Είχαμε ξεκινήσει να πραγματοποιούμε μικροτομογραφίες σε σκουλήκια. Στην πορεία όμως αποφασίσαμε να προχωρήσουμε στη μελέτη χρυσαλλίδων» λέει στο «Βήμα» ο δρ Λόου. «Βάσει των ειδικών κανονισμών ασφαλείας στη Βρετανία, οφείλαμε να επιλέξουμε ένα τοπικό είδος και έτσι καταλήξαμε στο είδος Vanessa cardui (Painted Lady) λόγω του βολικού του μεγέθους που άγγιζε το 1,5 εκ.».

«Σε πρώτη φάση είδαμε ότι ακόμα και αν τρεις κάμπιες έμπαιναν στο κουκούλι τους την ίδια ημέρα, η καθεμία είχε διαφορετικό ρυθμό ανάπτυξης. Αποφασίσαμε λοιπόν να «διεισδύσουμε» στο κουκούλι και να καταγράψουμε ημέρα με την ημέρα την όλη διαδικασία» προσθέτει ο βρετανός ερευνητής.
Το «φτερωτό» πείραμα



Λήψεις μικροτομογραφίας από πάνω, από το πλάι και από κάτω από το έντομο δείχνουν καθαρά τις αλλαγές που λαμβάνουν χώρα σταδιακά στο σώμα της πεταλούδας ενόσω βρίσκεται μέσα στο κουκούλι

Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετώπισαν οι επιστήμονες ήταν ο περιορισμός της ακτινοβολίας που δέχονταν τα έντομα, χωρίς να χάνονται πολύτιμα δεδομένα για τη δημιουργία των τρισδιάστατων μοντέλων. Σύμφωνα με τους ειδικούς, η ανάλυση της μικροτομογραφίας αγγίζει τα 3 χιλιοστά, γεγονός που την καθιστά κατάλληλη για τη μελέτη των κουκουλιών των οποίων το μήκος άγγιζε τα 25 χιλιοστά. Επιπλέον, με τη βοήθεια της συγκεκριμένης μεθόδου οι ερευνητές ήταν σε θέση να παρακολουθούν την καθημερινή ανάπτυξη του εντόμου, χωρίς να καταστρέφουν το κουκούλι και να σκοτώνουν το δείγμα σε κάθε στάδιο ανάπτυξης. Συλλέγοντας εικόνες από διάφορες οπτικές γωνίες, δημιούργησαν τρισδιάστατα εικονικά μοντέλα τα οποία αποκάλυπταν τις αλλαγές που πραγματοποιούνταν στον οργανισμό του εντόμου. Προτού μπορέσει να κάνει τη μεγάλη έξοδο, το ενισχυμένο γαστρεντερικό σύστημα της πεταλούδας «λιώνει» σταδιακά, ενώ τραχειακό και κυκλοφορικό σύστημα αναπτύσσονται και δίνουν τη θέση τους σε πιο περίπλοκες δομές.

«Αυτό που είδαμε είναι ότι ουσιαστικά η κάμπια αποτελεί ένα τεράστιο γαστρεντερικό σύστημα, το οποίο καταλαμβάνει περίπου το 90% του συνολικού μεγέθους του εντόμου. Πρόκειται δηλαδή για μια αποθήκη, όπου καταλήγουν οι τεράστιες ποσότητες τροφής που καταναλώνει η κάμπια, ώστε να έχει ενέργεια στο στάδιο της μεταμόρφωσης» εξηγεί ο δρ Λόου.
«Στις εικόνες φαίνεται ότι μέσα στο κουκούλι το ενισχυμένο γαστρεντερικό σύστημα (το κόκκινο σημείο) σταδιακά συρρικνώνεται, γεγονός που δείχνει ότι όλα τα αποθηκευμένα θρεπτικά συστατικά αξιοποιούνται κατά τη διαδικασία ανάπτυξης της πεταλούδας. Επιπλέον, από την 1η ως την 7η ημέρα μέσα στο κουκούλι παρατηρούνται σημαντικές μεταβολές στο τραχειακό –το σύστημα που μεταφέρει το οξυγόνο στον οργανισμό του εντόμου –και το κυκλοφορικό σύστημα. Στην περιοχή της κοιλιάς ξεχωρίζει ένας μεγάλος αερόσακος. Ως τη 10η ημέρα το ενισχυμένο γαστρεντερικό έχει συρρικνωθεί αρκετά, ενώ ως τη 13η ημέρα γίνεται ορατό το εντερικό σύστημα της πεταλούδας. Μέσα στο κουκούλι επικρατεί πλήρης αναδιοργάνωση» αναλύει ο ειδικός.
Κουκούλια στην ακτινοβολία



«Σαρώνοντας» το κουκούλι αποκαλύπτεται ο μαγικός κόσμος της μεταμόρφωσης της πεταλούδας. Στην αριστερή πλευρά, με κόκκινο χρώμα φαίνεται το διογκωμένο γαστρεντερικό της σύστημα που της χαρίζει ενέργεια όσο βρίσκεται κλεισμένη στο κουκούλι. Με μπλε χρωματίζεται το κυκλοφορικό της σύστημα και με κίτρινο το εντερικό σύστημα που σχηματίζεται τελευταίο. Στη δεξιά πλευρά φαίνεται η ανάπτυξη των οφθαλμών, των φτερών και των κεραιών της

Σύμφωνα με τον δρα Λόου, η έκθεση των εντόμων στην ακτινοβολία τής εν λόγω απεικονιστικής μεθόδου δεν ήταν… «αναίμακτη».

«Παρά το γεγονός ότι τα έντομα εμφανίζουν υψηλή ανθεκτικότητα στην ακτινοβολία, είδαμε ότι μόνο το 50% των δειγμάτων τελικά εκκολάφθηκαν φυσιολογικά. Τα έντομα που είχαν υποβληθεί σε αρκετές μικροτομογραφίες στην αρχή, δεν εκκολάφθηκαν στο τέλος. Δηλαδή, ακόμα και αν δεν τα σκοτώσει η ακτινοβολία, αποδυναμώνει τα έντομα σε σημείο να μην μπορούν να βγουν από το κουκούλι τους, με αποτέλεσμα τελικά να πεθάνουν».
Σε ό,τι αφορά τη μεταμόρφωση αυτή καθαυτή, η ακτινοβολία δεν είχε αρνητική επίδραση: «Δεν πιστεύουμε ότι η ακτινοβολία επιβραδύνει τη διαδικασία της μεταμόρφωσης. Από όσο είδαμε, δεν φάνηκε να επηρεάζει τη διάσπαση της ίδιας της χρυσαλλίδας» προσθέτει ο βρετανός ειδικός.
Δυστυχώς στο τέλος του πειράματος οι πεταλούδες που εκκολάφθηκαν επιτυχώς χρειάστηκε να θανατωθούν ακριβώς επειδή είχαν εκτεθεί σε ακτινοβολία για μεγάλο χρονικό διάστημα και η αναπαραγωγή τους με άλλες δεν ήταν ασφαλής.
Τα νέα ευρήματα τα οποία παρουσιάστηκαν στο επιστημονικό έντυπο «Journal of the Royal Society Interface» δεν φέρνουν την επανάσταση σε όσα ήδη γνώριζαν οι ειδικοί γύρω από τη διαδικασία της ολικής μεταμόρφωσης των εντόμων. Θα μπορούσαν όμως ενδεχομένως να τους προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες και να τους βοηθήσουν να εντοπίσουν αναπτυξιακά προβλήματα διαφόρων ειδών, όπως π.χ. των μελισσών, και τα οποία οφείλονται για παράδειγμα στην ατμοσφαιρική ρύπανση ή στη χρήση εντομοκτόνων.
Στην πραγματικότητα, η μελέτη της μεταμόρφωσης των λεπιδοπτέρων ήταν για τους ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ μια άσκηση στόχος της οποίας ήταν να βελτιώσουν την ταχύτητα λήψης των εικόνων που λαμβάνουν με τη μέθοδο της μικροτομογραφίας. Τώρα μελετούν το φούσκωμα του ψωμιού με μαγιά, τη διαδικασία της ζύμωσης δηλαδή. «Οταν φτιάχνουμε ψωμί με μαγιά, το αφήνουμε να φουσκώσει: αυτό που συμβαίνει λοιπόν είναι ότι η μαγιά αλληλεπιδρά με τον ατμοσφαιρικό αέρα με αποτέλεσμα την αύξηση του όγκου του ψωμιού. Με τη βοήθεια γρήγορων απεικονιστικών μεθόδων, μπορούμε με εικόνες που λαμβάνουμε κάθε δύο-τρία λεπτά να δούμε τις μεταβολές στη δομή του ψωμιού όπως αυτές συμβαίνουν στο διάστημα των δύο ωρών που το αφήνουμε να φουσκώσει».

ΜΙΑ ΩΡΑΙΑ ΠΕΤΑΛΟΥΔΑ…
Μεταμόρφωση σε τέσσερις πράξεις

Τέσσερα είναι τα στάδια ζωής ή οι μορφές που λαμβάνουν τα ολομετάβολα έντομα στα οποία ανήκουν οι πεταλούδες:

1. Βγες από το αβγό σου!
Το στάδιο των αβγών διαρκεί 3-7 ημέρες, ανάλογα με το είδος. Στην περίπτωση κάποιων ειδών, τα αβγά κατά τη διάρκεια του χειμώνα μπαίνουν σε διάπαυση –μια περίοδο ανάσχεσης της δραστηριότητας και των μορφολογικών μεταβολών –προκειμένου οι κάμπιες να επιβιώσουν στις χαμηλές θερμοκρασίες.
2. Το «φαγοπότι» ξεκινάει
Από το αβγό γεννιέται μια μικρή κάμπια, η οποία είναι προγραμματισμένη να καταβροχθίζει βουλιμικά τεράστιες ποσότητες τροφής ώστε να αποθηκεύσει την απαραίτητη ενέργεια για το στάδιο της μεταμόρφωσης. Το στάδιο της κάμπιας διαρκεί 2-5 εβδομάδες, ανάλογα με το είδος και τις συνθήκες ανάπτυξής του. Πρόκειται για ένα κρίσιμο στάδιο καθώς η θνησιμότητα (που μπορεί να οφείλεται σε καιρικές συνθήκες, ασθένειες, παράσιτα και θηρευτές) είναι πολύ υψηλή. Χαρακτηριστικό άλλωστε είναι το γεγονός ότι από τα εκατοντάδες αβγά που γεννιούνται λίγες μόλις κάμπιες επιβιώνουν για να φτάσουν στο στάδιο της πεταλούδας.
3. Πλέξε, Λόλα, πλέξε…
Οταν φτάσει η ώρα, η κάμπια βρίσκει ένα ασφαλές σημείο και αρχίζει να υφαίνει γύρω από το σώμα της ένα «μεταξωτό» κουκούλι ή εκδύεται την επιδερμίδα της δημιουργώντας μια μικρή «τσέπη» μέσα στην οποία θα κρυφτεί η χρυσαλλίδα σε ρόλο της Ωραίας… «Μεταμορφωμένης». Αρκετά είδη παραμένουν στο κουκούλι κατά τη διάρκεια του χειμώνα, μπαίνοντας σε διάπαυση και «περιμένοντας» να εκκολαφθούν την άνοιξη. Το στάδιο της χρυσαλλίδας διαρκεί 7-15 ημέρες (ανάλογα με το είδος) ενώ σε περίπτωση διάπαυσης μπορεί να διαρκέσει ακόμη και μήνες.
4. Ο «χορός» της αποφοίτησης
Λίγες μόλις ημέρες πριν από την εκκόλαψη της πεταλούδας τα χρώματα των φτερών της είναι διακριτά μέσα από το κουκούλι. Στην περίπτωση κάποιων ειδών (π.χ. της πεταλούδας Μονάρχης) το κουκούλι φέρει κάποια σημεία «αδυναμίας» που θυμίζουν φερμουάρ, τα οποία διευκολύνουν την έξοδο από αυτό. Η δρ Κάρεν Ομπερχάουζερ, ειδική στη μελέτη της πεταλούδας Μονάρχης, από το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, περιγράφει τη θριαμβευτική έξοδο της εντυπωσιακής πεταλούδας ως εξής: «Αρχικά η πεταλούδα καταπίνει αέρα, ο οποίος ταξιδεύει στο πεπτικό της σύστημα. Ο αέρας αυτός διογκώνει το σώμα της με αποτέλεσμα να σκίζεται το κουκούλι και το όμορφο έντομο να οδηγείται στην ελευθερία του». Η διάρκεια ζωής της ενήλικης πεταλούδας αγγίζει τις δύο εβδομάδες, ωστόσο διαφέρει από είδος σε είδος, ενώ κάποιες πεταλούδες ζουν αρκετούς μήνες ή ακόμη και χρόνο. Σε κάθε περίπτωση, η πεταλούδα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη και έχει αρκετούς εχθρούς, γεγονός που μπορεί να της στερήσει πολύτιμες ημέρες ζωής.

ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ