Die Magie der Insekten, die sich als Blätter tarnen: Der Schock des neuen Proteins "DBXN", das die grüne Heuschrecke färbt

1. Ist der grüne Körper Zufall oder Notwendigkeit? - Eine langjährige Herausforderung

Wenn man sich auf die Wiese setzt und das im Wind wiegende Pampasgras beobachtet, fällt einem eine Heuschrecke auf, die sich sanft an den Halm klammert. Das Grün in derselben Tonart wie die Blätter, die halbtransparenten Flügeladern, der leicht bräunliche Rücken - diese perfekte Tarnung hat die Augen von Raubtieren getäuscht und sogar die von Forschern in die Irre geführt. Es gab das alte Sprichwort, dass die Körperfarbe von Insekten durch den Verzehr von Chlorophyll "gefärbt" wird, aber die Hypothese, dass es einen Mechanismus gibt, der "Grün im Körper erzeugt", führte zu dieser Entdeckung. ja.wikipedia.org

2. Was ist das neue Protein "Dibirinoxanthinin (DBXN)"?

Das Forscherteam isolierte ein wasserlösliches grünes Protein aus der Epidermis von *T. cantans*. Die Ergebnisse der Massenspektrometrie und de novo-Sequenzierung zeigten, dass es sich um ein unregelmäßiges Trimer mit einer Länge von etwa 80 kDa handelt, wobei jede Untereinheit ursprünglich ein Fragment des Eidotterproteins Vitellogenin ist. Es verfügt über eine "dichromatische Tasche", die zwei gelbe Pigmente Lutein, zwei blaue Biline und vier Phospholipide enthält. Die Kristallstrukturanalyse (PDB: 9KUE) bestimmte die Position der Pigmente mit einer Auflösung von 1,99 Å. ncbi.nlm.nih.govpubmed.ncbi.nlm.nih.gov

3. Hinter den Kulissen der Entdeckung - Internationales Team und japanische Forscher

Der Hauptautor des Papiers ist Peter Schwarz von der Universität Göttingen in Deutschland. Die Universität Uppsala in Schweden, die Tschechische Universität für Lebenswissenschaften und die Tohoku-Universität in Japan (Gruppe für Strukturbiologie) arbeiteten zusammen, wobei die Beamline BL41XU von SPring-8 für die Kristallanalyse verwendet wurde. Die japanische Co-Forscherin Associate Professor Saki Sato sagte in einer Pressemitteilung: "Ich hatte das Gefühl, dass es ein 'grünes Protein' gibt, das mit GFP in der Insektenwelt vergleichbar ist, und mein zehnjähriger Traum wurde wahr". phys.org

4. Die "Symphonie der Mimikry", gespielt von Molekülen

Der Schlüssel zur Erzeugung von Grün durch DBXN ist die **"additive Farbmischung"**. Der Wellenlängenbereich, den Menschen als "grün" wahrnehmen, liegt bei etwa 500-560 nm. Ein schmalbandiges Reflexionsspektrum wird erreicht, indem die Absorption und Streuung von Gelb (um 560 nm) und Blau (um 480 nm) in der Nähe des mittleren Bereichs überlagert werden. Dies ist ein "Pigmentkapsel"-Ansatz, der sich von den Biliverdin-bindenden Proteinen von Fröschen oder den Prisma-Strukturen von Schmetterlingen unterscheidet. pnas.org

5. So sehen japanische Experten die Sache

• Shinya Morikawa (Kyoto Universität, Insektenmorphologie): "Im Gegensatz zum Melaninsystem der Gottesanbeterin, das zwischen Grün und Braun wechselt, behält T. cantans seine Farbe bis zum Erwachsenenalter. Die evolutionäre Idee der Wiederverwendung von Eidotterproteinen ist faszinierend."

• Yoshiko Fujita (Tokyo Institute of Technology, Katalysechemie): "Ein organisches Pigment, das bei Raumtemperatur stabil ist und sich weder in Wasser noch in Öl leicht löst, wird von einem Protein 'umarmt' und transportiert. Dieses Konzept kann auf das Design von neuen organischen EL-Dispersionen angewendet werden."

6. Anwendungspotenzial - Von nachhaltigen Materialien bis zu Biosensoren

1. Natürliches grünes Tinte: "Chlorophyll verblasst schnell, aber DBXN erhöht die Stabilität von Lutein und Bilin und behält 90% der Absorption nach Lichteinwirkung."

2. Biomarker für Umweltüberwachung: Da der Emissionspeak weiter im roten Bereich liegt als bei GFP, könnte es einfacher sein, ihn von Hintergrundfluoreszenz in Pflanzen zu trennen.

3. Responsive Kosmetik: Die Pigmentkoordination verschiebt sich mit Temperaturänderungen und ermöglicht eine reversible Umwandlung von zartem Türkis zu tiefem Grün.

7. Begeisterung in den sozialen Medien

Kurz nach der Veröffentlichung der Forschung postete der offizielle X-Account des US-Chemiejournals C&EN: "This insect uses a protein to go green". Der japanische Wissenschaftscluster verbreitete es unter #昆虫発色, und

"Nach GFP kommt GBP (Grasshopper Green Protein)!"
"Nicht nur die Nährstoffe von Insektennahrung, sondern auch die Pigmente stehen im Fokus der Aufmerksamkeit."
Solche Kommentare erzielten Tausende von Impressionen. Aus der Forscher-Community kamen Stimmen wie "Es scheint möglich, einen 'biologisch abgeleiteten DIC-Kamerafilter' zu erstellen."". x.com

8. Die Raffinesse der Evolution im Vergleich zur GFP-Familie

GFP aus Quallen erzeugt Chromophore innerhalb eines β-Fasses, während DBXN ein Subunit-Komplex ist, der externe Pigmente transportiert und fixiert. Die kontrastierenden Strategien von **"Selbstfluoreszenz" versus "Bündelung fremder Fluoreszenz" zeigen, dass es mehr als eine Methode gibt, Farbe zu erlangen. Genetische Phylogenese-Analysen schätzen den Prozess, in dem Vitellogenin-Fragmente "Schneiden→Kondensieren→Funktionsumwandlung"** durchlaufen, und bieten Einblicke in die kreative Evolution. pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

9. Japanische Felder und Erhaltungsherausforderungen

Verwandte Arten, die in Japan heimisch sind, wie Yabukiri und Kayakiri haben ebenfalls eine grüne Körperfarbe, aber bisher wurde kein DBXN-ähnliches Protein nachgewiesen. Aufgrund von Hitze und Pestiziden nimmt die Anzahl der Individuen jährlich ab, und es ist notwendig, **"Forschung zur Körperfarbe und Bildung zur Erhaltung"** gleichzeitig voranzutreiben. Bürgerwissenschaftsprojekte, die "Zählungen von grünen und braunen Individuen" bei Feldbeobachtungen durchführen, sind im Wachstum begriffen.

10. Schlusswort - Die molekulare Poesie des "Grüns"

Sich als Blatt zu tarnen und zu überleben - dahinter verbirgt sich ein stilles Drama, in dem verlorene Eidotterproteine Pigmente umarmen. DBXN ist nicht nur ein Werkzeug der Mimikry, sondern die Verkörperung der evolutionären Poesie, in der "nicht mehr benötigte Teile völlig neue Funktionen übernehmen und Lebewesen in neue Landschaften führen". Wie Molekularingenieure diese Poesie übersetzen und in welche grünen Technologien sie sie umwandeln, bleibt abzuwarten. Der kleine Körper der grünen Heuschrecke könnte die Zukunft der Menschheit ein wenig heller grün färben.

Referenzen und Informationsquellen

• Phys.org “Study reveals protein that helps green bush crickets mimic green foliage” phys.org

• Chemical & Engineering News “This insect uses a protein to go green” cen.acs.org

• PNAS “A green dichromophoric protein enabling foliage mimicry in arthropods” & PDB 9KUE pubmed.ncbi.nlm.nih.govncbi.nlm.nih.gov

• Wikipedia「キリギリス」ほか基礎生態情報 ja.wikipedia.org

• X (ehemals Twitter) Beitragssammlung (offiziell von C&EN und andere) x.com