Самцы мотыльков развили сложные чешуйчатые устройства на своих антеннах, чтобы улучшить обнаружение женских половых феромонов, что позволяет им сохранять свои антенны достаточно маленькими, чтобы максимально летать, как показывают новые исследования.
Работу возглавили исследователи Мельбурнского университета совместно с Университетом RMIT, Институтом Уолтера и Элизы Холл, Пекинским университетом лесного хозяйства.
Чарльз Дарвин был одним из первых, кто рассмотрел вопрос о том, как тип антенны может влиять на то, как самцы насекомых обнаруживают половые феромоны, вырабатываемые самками, сказал профессор Марк Элгар из Школы биологических наук Мельбурнского университета.
Дарвин предсказал, что половой отбор, возникающий в результате конкуренции между самцами, будет благоприятствовать более сложным антеннам у самцов бабочек, поскольку они обеспечивают более быстрое обнаружение половых феромонов самок.
Половые феромоны мотылька обнаруживаются рецепторами на структурах, называемых сенсиллами на антеннах.
Общепринятое мнение состоит в том, что перистые двояковыпуклые усики у бабочек, расположенные в виде двух гребешков с многочисленными ответвлениями, обеспечивают большую площадь поверхности для размещения сенсоров, обнаруживающих феромоны.
"Но то, что мы видим в природе, это то, что большинство видов мотыльков имеют простые нитевидные усики, что заставило нас задаться вопросом, почему, если они лучше обнаруживают половые феромоны, двояковыпуклые усики менее распространены у бабочек.."
Чтобы понять эту эволюционную дилемму, команда использовала сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) для построения подробных трехмерных моделей структуры нитевидных антенн бабочек Heliozelidae. Затем они использовали методы вычислительной гидродинамики, чтобы смоделировать поле воздушного потока вокруг модельных антенн мотыльков разного размера и масштаба.
Доктор Цикэ Ван руководил экспериментальной работой, в которой использовались наночастицы в гидродинамической модели для представления общих половых феромонов и микрочастиц для представления частиц окружающей среды, таких как пыль.
"Мы обнаружили, что угол наклона чешуи концентрирует сигнальные молекулы на подветренной стороне антенн", - сказал доктор Ван
"Создавая область с медленным потоком воздуха вокруг антенн, чешуя обеспечивает задержку феромонов в зоне обнаружения, тем самым повышая эффективность их взаимодействия с рецептором."
"Кроме того, весы также эффективно отводят более крупные загрязняющие частицы, такие как пыль. В некотором смысле, они просеивают различные частицы, оставляя только благоприятные."
"Это особенно важно для таких видов, как мотыльки, которые не могут ухаживать за своими антеннами по всей длине."
Исследование показало, что влияние чешуи на удержание половых феромонов гораздо сильнее у более мелких, чем у более крупных мотыльков. У более мелких бабочек с нитевидными усиками чешуйки усиков улучшают обнаружение сигнала на 25-48 процентов.
Команда также обнаружила различные типы расположения чешуек, которые варьировались от тех, что расположены параллельно антеннам, до тех, которые расположены в виде полных колец вокруг антенн, изменяют то, насколько хорошо функционируют чешуйки для концентрации половых феромонов в рецепторных областях в сенсиллах..
«Чешуйки увеличивают диаметр антенн и, следовательно, должны увеличивать аэродинамическое сопротивление. Мы прогнозируем, что способность находить пару за счет улучшенного обнаружения феромонов, вероятно, будет преимуществом, которое компенсирует эти затраты», - сказал профессор. Элгар.
"Более сложные двояковыпуклые усики могут быть предпочтительными для крупных бабочек, потому что они предлагают дополнительную площадь поверхности, которая может поддерживать больше сенсилл и, следовательно, большую способность воспринимать химические сигналы. Более крупные мотыльки могут быть менее подвержены влиянию снижения скорости полета из-за их большего размера и мощности."
Удивительно, что теория Дарвина все еще поддерживается, но нам нужны были современные методы, такие как электронная микроскопия и вычислительная гидродинамика, чтобы подтвердить, что именно чешуйки усиков, а не размер, делают их более эффективными и обнаруживают эти важные половые феромоны., - сказал профессор Элгар.