Дневные гурманы, ночные всеядные: диеты бабочек и мотыльков зависят от ароматов растений

Аромат цветущих растений — не просто приятный бонус весны, а ключевой фактор выживания и эволюции бабочек и мотыльков. Исследование учёных из Университета Пенсильвании показывает, как суточные циклы выделения растениями летучих веществ связаны с пищевыми привычками и эволюцией этих насекомых, объединённых в отряд Lepidoptera.

В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the Royal Society B, международная команда проверила новую гипотезу о том, почему одни Lepidoptera (бабочки и мотыльки) питаются лишь несколькими видами растений, а другие — менее разборчивы.

Новая идея, названная Гипотезой значимого аромата, предполагает, что запахи, выделяемые растениями, играют решающую роль в формировании специализации диеты насекомого.

Исследователи обнаружили, что большая доступность растительных ароматов днём предоставляет больше химической информации для дневных насекомых, чтобы находить и специализироваться на определённых растениях-хозяевах. Снижение уровня ароматов ночью означает, что ночные Lepidoptera вынуждены брать то, что есть, и имеют более разнообразный рацион.

«Эта идея даёт новый взгляд на то, почему одни бабочки и мотыльки — разборчивые едоки, а другие — нет», — говорит По-Ан Лин, доцент Национального университета Тайваня, начавший это исследование.

Связь между размером антенн и диетой

Чтобы проверить, мог ли запах растений влиять на адаптацию, учёные изучили первичные органы обоняния насекомых — антенны (усики). Они сравнили их размер у 582 экземпляров 94 видов бабочек и мотыльков.

Совместно с командой из Гарварда было обнаружено, что у самок Lepidoptera, активных днём, антенны относительно размера тела обычно крупнее, чем у активных ночью. Это может указывать на преимущество более развитого «обонятельного» аппарата, когда в воздухе больше запахов.

Аналогично, у самок-специалистов (питающихся немногими видами растений) антенны часто крупнее, чем у самок-генералистов. Вероятно, потому что им необходимо точно детектировать специфические ароматы своих растений-хозяев.

«Связь между размером антенн и широтой спектра растений-хозяев была очень сильной», — отметил соавтор работы Гэри Фелтон. — Увеличенные антенны связаны с большим количеством сенсилл (обонятельных структур), что повышает площадь для сенсорных рецепторов. Эта улучшенная способность может быть ключевой адаптацией для эволюции узкой пищевой специализации».

Дневные ароматы vs ночная скудость

Для изучения связи между ароматами и диетой Lepidoptera учёные использовали несколько подходов:

1. Мета-анализ литературы подтвердил, что растения в целом выделяют более разнообразные и обильные летучие органические соединения (ароматы) днём, а не ночью.
2. Анализ филогенетического древа Lepidoptera с использованием статистических моделей показал значимую корреляцию между суточной активностью (день/ночь) и разнообразием потребляемых видов растений-хозяев.

Выводы:

• Дневные виды (например, бабочка монарх) имеют больше возможностей и более специализированные органы для детекции ароматов, что позволило им эволюционировать в «разборчивых едоков».
• Ночные виды (например, павлиноглазка полифем) сталкиваются с меньшим количеством и разнообразием растительных ароматов. При меньшем объёме чёткой химической информации им сложнее быть столь же избирательными, что потенциально ведёт к более генерализированным диетам на широком круге растений.

«Насекомым-фитофагам, таким как бабочки и мотыльки, необходимо найти правильные растения для питания и, в случае самок, для откладки яиц. Это критическое решение, поскольку гусеницы полностью зависят от выбранного растения», — пояснил По-Ан Лин. — «Гипотеза значимого аромата помогает объяснить, почему одни насекомые высокоспециализированы, а другие более гибки в своей диете».