Muszka z rozkładającego się pędu
William Heed i Henry Kircher badali w latach sześćdziesiątych muszki pustyni Sonora, porównując obserwacje ich miejsc rozrodu z hodowlą laboratoryjną. Drosophila pachea wylęgała się z fermentujących fragmentów senity, lecz na zwykłej pożywce bananowej rozwój często kończył się na wczesnych stadiach larwalnych. Dodanie kawałka świeżego albo autoklawowanego kaktusa umożliwiało uzyskanie kolejnego pokolenia. Przetrwanie czynnika po autoklawowaniu skierowało uwagę ku składowi chemicznemu tkanek. [Heed i Kircher 1965]
Doświadczenie z wyodrębnionymi sterolami
Z tkanek kaktusa wyodrębniono między innymi schottenol i lofenol, a następnie dodawano je osobno do pożywki. Schottenol podtrzymywał rozwój i rozmnażanie Drosophila pachea w warunkach opisanych w pracy z 1965 roku. Lofenol takiego działania nie wykazywał. Syntetyczny schottenol dawał podobną odpowiedź jak materiał wyizolowany z rośliny, co łączyło efekt z określonym związkiem, a nie wyłącznie z obecnością kawałka kaktusa. [Heed i Kircher 1965]
Dla rozdzielenia roli owada i mikroorganizmów założono hodowlę akseniczną, prowadzoną bez wykrywalnego zanieczyszczenia drobnoustrojami. Na sterylnej pożywce uzupełnionej odpowiednim dodatkiem muszki nadal dojrzewały i rozmnażały się. Wynik wykazywał możliwość wykorzystania badanego sterolu bez uprzedniego przetworzenia przez mikroorganizmy. Dotyczył tej konkretnej funkcji żywieniowej, podczas gdy naturalne rozkładanie tkanki kaktusa pozostaje procesem angażującym drobnoustroje. [Heed i Kircher 1965]
Dojrzewanie larwy i płodność dorosłej samicy
Porównanie różnych steroli ujawniło osobne wymagania kolejnych etapów życia. W jednym wariancie doświadczenia związek określony jako Δ5,7-stigmastadien-3β-ol pozwalał larwom osiągnąć postać dorosłą, lecz uzyskane samice nie składały jaj na tej samej pożywce. Ich rodzeństwo przeniesione na pożywkę z senitą odzyskiwało płodność. U samic z pierwszej grupy stwierdzono zaplemnienie i niedojrzałe jaja. Osiągnięcie postaci dorosłej i zdolność do wydania następnego pokolenia stanowiły więc różne punkty końcowe doświadczenia. [Heed i Kircher 1965]
Pilocereina ogranicza konkurentów
Kolejna praca, opublikowana w 1967 roku, porównała Drosophila pachea z ośmioma innymi gatunkami muszek. Do pożywek dodawano tkankę senity albo jej alkaloidy, pilocereinę i lofocereinę. Podstawowe testy innych gatunków obejmowały po 15 samic i 15 samców w dwóch powtórzeniach. Oceniano przeżycie dorosłych oraz liczbę i zdolność rozrodczą potomstwa. Pilocereina silnie ograniczała te parametry u wielu badanych gatunków, a odpowiedź zależała od gatunku i stadium rozwoju. [Kircher i wsp. 1967]
Drosophila pachea wykazywała znacznie większą tolerancję, lecz wysokie stężenia również zmniejszały liczbę potomstwa. Przy dodatku 14% pilocereiny, w odniesieniu do suchej masy składników pożywki, po sześciu tygodniach uzyskano odpowiednio dwa i siedem osobników potomnych w dwóch naczyniach. W kontrolach z samym dodatkiem senity było ich 441 i 454. Te laboratoryjne stężenia służyły porównaniu tolerancji. Pokazują, że przeżywanie dorosłych i powodzenie całego cyklu rozrodczego mogą dawać różny obraz działania tego samego związku. [Kircher i wsp. 1967]
Enzym łączący dietę z hormonami
W 2012 roku Lang i współautorzy powiązali tę specjalizację z enzymem Neverland. U Drosophila pachea zachowuje on zdolność wykorzystania latosterolu, a utracił aktywność przekształcania cholesterolu do 7-dehydrocholesterolu, prekursora hormonów steroidowych. Testy enzymatyczne i doświadczenia na transgenicznych Drosophila melanogaster potwierdziły tę różnicę. Analiza hormonów wskazała na latosterol jako wykorzystywany prekursor. Historyczny test odżywczy ze schottenolem i późniejsza identyfikacja drogi hormonalnej dotyczą zatem różnych poziomów wyjaśnienia. [Lang i wsp. 2012]
Unique sterol in the ecology and nutrition of Drosophila pachea
Heed W. B., Kircher H. W., Unique sterol in the ecology and nutrition of Drosophila pachea, Science, 1965, 149(3685):758-761, doi: 10.1126/science.149.3685.758
Klasyczne doświadczenia żywieniowe nad Drosophila pachea rozwijającą się w rozkładających się pędach senity. Dodawanie tkanek kaktusa i wyodrębnionych lub syntetycznych steroli pozwoliło ustalić wymagania rozwojowe i rozrodcze owada. Kultury akseniczne umożliwiły oddzielenie wykorzystania sterolu od pośrednictwa mikroorganizmów.
Senita cactus alkaloids: Their significance to Sonoran desert Drosophila ecology
Kircher H. W., Heed W. B., Russell J. S., Grove J., Senita cactus alkaloids: Their significance to Sonoran desert Drosophila ecology, Journal of Insect Physiology, 1967, 13(12):1869-1874, doi: 10.1016/0022-1910(67)90023-6
Porównanie wpływu tkanek Lophocereus schottii, pilocereiny i lofocereiny na Drosophila pachea oraz osiem innych gatunków muszek. Autorzy oceniali przeżycie dorosłych i uzyskane potomstwo. Wyższa tolerancja D. pachea na pilocereinę współtworzy wyjaśnienie jej związku z senitą, obok szczególnych wymagań wobec steroli.
Mutations in the neverland Gene Turned Drosophila pachea into an Obligate Specialist Species
Lang M., Murat S., Clark A. G., Gouppil G., Blais C., Matzkin L. M., Guittard É., Yoshiyama-Yanagawa T., Kataoka H., Niwa R., Lafont R., Dauphin-Villemant C., Orgogozo V., Mutations in the neverland Gene Turned Drosophila pachea into an Obligate Specialist Species, Science, 2012, 337(6102):1658-1661, doi: 10.1126/science.1224829
Eksperymenty genetyczne i enzymatyczne wyjaśniają związek Drosophila pachea ze sterolami senity. Analizowano funkcję Neverland w biosyntezie hormonów steroidowych.
