Самки бабочек используют запахи для выбора лучших мест откладки яиц

Исследователи из Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия) обнаружили, что способность бабочек Manduca sexta распознавать изменения в профиле летучих соединений, выделяемых растениями, подвергшимися атаке гусениц Manduca, позволяет им откладывать яйца на растения, которые с меньшей вероятностью будут атакованы насекомыми и другими хищниками, и избегать конкуренции с другими гусеницами своего вида за ресурсы. Результаты полевых экспериментов и нейробиологических исследований опубликованы в открытом онлайн-журнале eLIFE.

"Зеленые" запахи листьев

Растения выработали множество стратегий защиты от травоядных животных, особенно насекомых. Помимо механической защиты (шипы, колючки), растения производят соединения, отпугивающие или отравляющие насекомых. Некоторые из этих метаболитов производятся постоянно, тогда как другие — в частности, соединения, называемые зелеными листовыми летучими веществами (green-leaf volatiles), — выделяются преимущественно при повреждении или атаке растения. Эти вещества, ответственные также за запах свежескошенной травы, обеспечивают растения прямой защитой (отпугивая травоядных) и косвенной (привлекая хищников этих травоядных).

Привлечение врагов травоядных

Бражник Manduca sexta откладывает яйца на различные растения, включая табак и дурман Datura wrightii. Вылупившиеся гусеницы начинают поедать листья растения-хозяина и в большом количестве могут быстро его оголить и уничтожить. В качестве защиты растение-хозяин выделяет зеленые летучие вещества, привлекающие хищных клопов рода Geocoris, которые поедают яйца насекомых и мелких личинок.

Одно из таких веществ, выделяемое табаком, — (Z)-3-гексенилацетат. Однако ферменты, содержащиеся в слюне гусениц M. sexta, преобразуют часть этих молекул в (E)-2-гексенилацетат, имеющий тот же химический состав, но иную структуру. Изменение профиля летучих веществ сигнализирует клопам Geocoris о присутствии на растении их потенциальной добычи — гусениц M. sexta.

Идеальные условия для потомства Manduca

Ученые показали еще один интересный эффект химической "конверсии запаха": подобно клопам Geocoris, взрослые самки M. sexta способны обнаруживать изменения в профиле зеленых летучих веществ, выделяемых растениями дурмана, поврежденными гусеницами M. sexta. Это сигнализирует бабочкам о вероятном присутствии на растении хищных клопов Geocoris, и в результате они откладывают яйца на неповрежденные растения. Так они минимизируют риск того, что их яйца будут съедены хищниками. Дополнительный положительный эффект — снижение конкуренции за ресурсы с личинками, уже питающимися на растении.

Междисциплинарные исследования: экология и нейробиология

Исследователи также идентифицировали нейронный механизм, позволяющий бабочкам обнаруживать малейшие изменения в профиле летучих веществ растений, уже атакованных гусеницами. Нейробиологические исследования мозга бабочки показали, что E- и Z-изомеры вызывают разные паттерны активации. Два изомера гексенилацетата активировали разные области в антеннальной доле мозга бабочки. "Это позволяет предположить, что у самок бабочек есть изомер-специфичные рецепторы и нейроны на антеннах", — говорит директор института Билл Ханссон. Сочетание таких нейробиологических экспериментов с экологическими полевыми исследованиями является многообещающим подходом для дальнейшего изучения поведения насекомых, управляемого запахами, в природе и сельском хозяйстве.

Новые стратегии защиты растений

Аналогичная поведенческая модель известна у колорадского жука (Leptinotarsa decemlineata). Искусственное нанесение (Z)-3- или (E)-2-гексенола, (E)-2-гексаналя или 1-гексанола на растения картофеля приводило к дезориентированному поведению жуков при откладке яиц. На основе этих результатов возможны стратегии защиты растений, использующие искусственное нанесение запахов для отпугивания насекомых, откладывающих яйца, от сельскохозяйственных культур и, как следствие, снижения зараженности вредителями.