Поиск пищи связан с другими областями в обонятельном центре самок табачного бражника (Manduca sexta), а не с поиском растений, которые лучше всего откладывают яйца, исследователи из Института химической экологии им. Макса Планка в Йене, Германия, найденный. Ученые использовали 80 запахов окружающей среды, которые являются экологически значимыми для Manduca sexta, и показали, где эти запахи обрабатываются в мозгу мотыльков. Исследование подтвердило, что активность в определенных областях антенной доли насекомых коррелирует с пищевым поведением, тогда как активность в других областях связана с откладыванием яиц..
Ночные мотыльки, такие как табачный бражник Manduca sexta, полагаются на свое чрезвычайно чувствительное обоняние, чтобы определить местонахождение источника пищи: цветов, содержащих нектар. После поглощения энергии самки насекомых откладывают яйца. Хотя бабочки пьют нектар цветов, произрастающих на разных видах растений, их личинки живут только на листьях растений из семейства пасленовых, таких как табак. Кроме того, самки мотыльков также находят лучшие растения-хозяева для своего потомства с помощью обонятельных сигналов.
Группа исследователей из отдела эволюционной нейроэтологии под руководством Сони Биш-Кнаден исследовала, можно ли уже наблюдать паттерны нейронной активности, связанные с кормлением или откладыванием яиц, в доле усика, которая является первый уровень обработки запахов в мозгу насекомого.
Запаховые паттерны активации в мочке усика
Ученые проанализировали реакцию обонятельного центра бабочек на 80 различных запахов растений, важных для Manduca sexta в естественной среде обитания бабочек. Они измерили концентрацию ионов кальция в нервных клетках, чтобы визуализировать их активность, когда мотылька стимулировали запахом. Целью было определить, какие обонятельные клубочки активизировались в ответ на разные запахи. Обонятельные клубочки, сферические образования в усиковом лепестке насекомых, считаются первичными субъединицами обонятельного центра. Когда антенна мотылька стимулируется запахом, активируется паттерн, специфичный для запаха. Такие закономерности одинаковы у всех бабочек одного и того же вида. «Используя диагностические запахи для стимуляции каждой отдельной бабочки в нашей серии тестов, мы создали функциональный атлас антенных долей. Мы смогли воздействовать на две трети видимых обонятельных клубочков у каждого животного, а затем изучить реакцию бабочек на запах. большой набор запахов», - объяснила Соня Биш-Кнаден.
Эксперименты в аэродинамической трубе подтверждают влияние запахов на поведение
Затем исследователи протестировали 80 запахов в поведенческих экспериментах с самками мотыльков Manduca; используя аэродинамическую трубу, они сравнили модели нейронной активности в мозге мотыльков в ответ на определенные запахи с привлекательностью тех же запахов в поведенческих тестах. Насекомых привлекают запахи, нанесенные на фильтровальную бумагу, и в зависимости от запаха они разворачивают хоботок и пытаются пить нектар или сгибают брюшко и откладывают яйца на бумагу. То, что наблюдали ученые, было поразительно: «Мы не ожидали, что отдельное химическое соединение может быть столь же привлекательным для голодных мотыльков в поисках пищи, как сложный букет цветов. Мы протестировали голодных девственных самок с помощью белой фильтровальной бумаги и подсчитали что они вытягивали свой хоботок только для поиска пищи. Было довольно увлекательно, что несколько запахов также заставляли девственных самок откладывать яйца на фильтровальную бумагу, которая, очевидно, не была оплодотворена », - резюмировала Соня Биш-Кнаден.
Сравнение поведения (кормление или откладывание яиц) с паттернами активности в мочке усика показывает, что активность в определенных областях мозга коррелирует с одним из видов поведения. Уровень активности определенных клубочков определяет, вытягивают ли самки бабочек свой хоботок, чтобы поесть, или же они пытаются схватить бумагу ногами и свернуть брюшко, чтобы отложить яйца. «Это, скорее, уровень активации отдельных клубочков, который является решающим для поведения бабочки. Очевидно, что когда запах обрабатывается в мозгу насекомого, решение принимается на очень ранней стадии, какое поведение вызывается этим запахом., - сказал соавтор Билл С. Ханссон.
Значение запаха окружающей среды для выживания мотыльков в природе
В своей естественной среде обитания мотыльки Manduca sexta, обитающие в Северной и Южной Америке, питаются различными цветами, дающими нектар. Типичные цветки мотылька светлые и имеют сильный запах, что позволяет голодным мотылькам легко находить их в темноте. Однако потомство Manduca sexta выживает только на нескольких видах растений-хозяев, таких как табак. Запах растения-хозяина дает важные обонятельные сигналы.
Поскольку среда обитания может содержать родственные виды моли, которые используют одни и те же цветы в качестве источников нектара, но разные растения-хозяева для откладывания яиц, исследователи хотели бы выяснить, активируют ли запахи, которые дают обонятельные сигналы для определения лучших мест откладки яиц, аналогичные области усиков этих бабочек, или различается ли функциональный атлас мозга у каждого вида.