Насекомые, откладывающие яйца, используют сигналы запаха, чтобы выбрать подходящие пищевые субстраты для своего потомства, чтобы увеличить выживаемость личинок. Ученые из Института химической экологии им. Макса Планка продемонстрировали, что не только запах растений может определять лучшее место для откладывания яиц, но и запах других личинок того же вида. Они указали на отпугивающее вещество в фекалиях личинок табачной роговой черви, которое сигнализирует о присутствии конкурирующих сородичей самок бабочки. Кроме того, исследователи смогли идентифицировать рецептор запаха, который участвует в обнаружении типичного запаха личиночной муки и, таким образом, регулирует избегание конкуренции во время откладывания яиц..
Очень голодные гусеницы
Табачные роговые черви (Manduca sexta) чрезвычайно прожорливы. Их латинское название Manduca происходит от глагола manducare, что означает есть или жевать. Эти ненасытные гусеницы, которые могут достигать размера пальца взрослого человека, ничего не делают, кроме как едят и жуют весь день. Следовательно, одна личинка способна полностью дефолиировать растение-хозяин, такое как дикий табак Nicotiana attenuata или священный дурман Datura wrightii (по крайней мере, небольшие растения). Следовательно, одного растения редко достаточно, чтобы прокормить вторую гусеницу.
Мы уже знали, что бабочки тщательно выбирают места для откладывания яиц. До сих пор мы и другие в основном сосредоточивались на идее о том, что бабочки обнаруживают изменения в профилях запаха растений, которые уже подверглись нападению гусениц, и поэтому откладывают яйца в другом месте. Нас интересовало, учитывают ли бабочки также информацию, которую предоставляют личинки, т.е. потенциальные конкуренты потомства бабочек, напрямую», - поясняет Маркус Кнаден, один из основных авторов публикации.
Казалось вероятным, что табачные бражники попытаются избежать конкуренции за свое потомство. Тем не менее, тот факт, что одного определенного класса летучих соединений в фекалиях личинок (6-углеродных алифатических кислот) достаточно, чтобы вызвать поведение избегания, стал неожиданностью. Поведенческие анализы в аэродинамической трубе, в которой бабочки подвергались воздействию отдельных компонентов запаха на фильтровальной бумаге, ясно показали, что бабочки отпугиваются некоторыми соединениями, связанными с мукой.
У бабочек, откладывающих яйца, рецептор IR8a регулирует избегание личиночной муки
Эта специфичность реакции избегания на 6-углеродные алифатические кислоты позволила ученым выяснить молекулярную основу поведения. Используя новый метод CRISPR/Cas9, они отключили специфические рецепторные белки в антеннах, носовой части мотылька, которые имели решающее значение для обнаружения этих соединений, и, таким образом, смогли показать, что ионотропный рецептор 8a (IR8a) управляет избеганием. реакция на фекалии личинок.
Удивительно, но до сих пор никто не исследовал, как бабочки обнаруживают сигналы от личиночной муки. Наши эксперименты с бабочками, у которых отсутствовали белки IR8a, показали, что без этих белков бабочки, откладывающие яйца, не могут обнаруживать и избегать конспецифических конкурентов и откладывать яйца. в местах, где шансы на их потомство были уменьшены. Наше исследование впервые показывает, что путь IR8a необходим для опосредования избегания кислоты, вызванного фекалиями гусениц», - резюмирует Джин Чжан из Китая, который является первым автором исследования и чьи исследования Проект Института химической экологии им. Макса Планка был поддержан Фондом Александра фон Гумбольдта.
Эволюционный контекст и перспектива
Взаимодействия растений и насекомых разнообразны и очень сложны. Они развивались в ходе эволюции и могут быть адаптированы при изменении параметра. То, что табачные бражники откладывают значительно меньше яиц на растения, уже подвергшиеся нападению гусениц, не является новым открытием. Кроме того, известно, что запах фекалий личинок привлекает хищников, врагов личинок. Однако не было известно, что одна и та же личиночная мука гарантирует, что сородичи, которые в противном случае конкурировали бы за пищу, держались на расстоянии. Таким образом, химический сигнал от муки помогает не только гусеницам, которые уже питаются растением, но и парящим мотылькам: избегая запаха фекалий личинок, они могут найти лучшую пищу для своего потомства.
Недавно разработанные генетические инструменты открывают новые возможности для более подробного изучения управляемого запахом поведения Manduca sexta и других насекомых-вредителей. Исследователей особенно интересуют ответы на следующие вопросы: какие факторы, такие как запах цветов, влажность и CO2, направляют насекомых к растениям-хозяевам? Какие рецепторные белки регулируют реакцию на определенные запахи? Какие гены связаны с этим конкретным поведением?
Фундаментальные знания, полученные в результате этих исследований, могут помочь нам лучше подготовиться к сельскохозяйственным проблемам, возникающим в результате изменения климата. [AO/KG]