Новое исследование показывает, что все насекомые используют специализированные обонятельные рецепторы, которые позволяют им обнаруживать и преследовать партнеров, идентифицировать врагов, находить пищу и, к несчастью для людей, распространять болезни. Это опровергает недавнюю гипотезу о том, что только некоторые насекомые развили способность обнаруживать запахи в воздухе в результате адаптации к полету, говорят исследователи.
Выводы опубликованы в журнале eLife.
«Теперь мы знаем, что обнаружение запаха присутствовало в самом начале эволюции насекомых и что это, вероятно, было определяющей чертой насекомых, когда они стали наземными», - сказал профессор энтомологии Университета Иллинойса Хью Робертсон, который возглавлял новое исследование. исследование с Филиппом Брэндом и Брайаном Р. Джонсон из Калифорнийского университета в Дэвисе. «Мы обнаружили гены рецепторов запаха у всех изученных нами видов насекомых, включая тех, которые не летают. Однако мы не нашли эти гены ни у каких других членистоногих, включая других жуков с шестью ногами».
Хотя обонятельные рецепторы обнаружены почти у всех наземных животных, а также у некоторых ракообразных и моллюсков, они сильно различаются между группами, сказал Робертсон.
«У насекомых обонятельные рецепторы - самые простые, какие только можно себе представить», - сказал он. Эти белки встроены в мембраны нейронов и расширяются наружу, чтобы взаимодействовать с химическими веществами во внеклеточной среде. «Когда они связываются с химическим веществом, они меняют форму, открывают ионную пору и меняют полярность нейрона», - сказал он.
Насекомые часто имеют сотни отдельных обонятельных рецепторов, каждый из которых ощущает определенный тип химического вещества, сказал Робертсон. Почти во всех случаях рецепторы работают рука об руку с одним корецептором, белком, известным как Orco.
Робертсон посвятил большую часть своей карьеры изучению хеморецепции у насекомых, используя геномные методы для идентификации генов рецепторов и корецепторов.
Одорантные рецепторы отличаются от вкусовых рецепторов, которые позволяют почти всем животным обнаруживать химические вещества в водной среде, сказал Робертсон. Когда позвоночные и беспозвоночные существа начали находить новые ниши на суше, у некоторых из них развилась способность также обнаруживать переносимые по воздуху химические вещества.
«Одорантные рецепторы произошли от вкусовых рецепторов», - сказал Робертсон. Но почему и когда они развились у насекомых, было предметом споров. В 2003 году он выдвинул гипотезу, что обонятельные рецепторы присущи всем насекомым.
Но в недавнем исследовании ученым не удалось найти белки рецепторов запаха у двух групп нелетающих насекомых. Это привело их к предположению, что обонятельные рецепторы имеются только у летающих насекомых и развились как приспособление к полету.
Новое исследование вновь обратилось к этим нелетающим насекомым, крошечным существам, известным как огненные отпрыски, и прыгающим щетинохвостам. Вместо того чтобы искать белки рецепторов запаха у этих тварей, команда исследовала их геномы и геномы других шестиногих наземных жуков в поисках генов, кодирующих рецепторы и корецепторы.
Исследователи обнаружили многочисленные гены рецепторов запаха у бескрылых огневок и прыгающих щетинохвостов, но не в геномах шестиногих жуков, которые не являются насекомыми.
«Однозначно, у нас есть полноценная семья обонятельных рецепторов у бескрылых насекомых», - сказал Робертсон. «Это опровергает утверждение о том, что вся система эволюционировала вместе с полетом.
«Очевидно, что обонятельные рецепторы развились задолго до появления крыльев и не были приспособлением к полету», - сказал он. «Эволюция обонятельных рецепторов должна была быть адаптацией к чему-то другому, и наиболее очевидной вещью является земная жизнь».