Антеннальные сенсоры позволяют бражникам совершать быстрые манёвры

Все насекомые используют зрение для контроля положения в воздухе при полёте, но также интегрируют информацию от других органов чувств. Биологи из Лундского университета показали, как бражники используют механорецепторы в усиках-антеннах для управления быстрыми полётными манёврами.

Когда мотылькам нужно быстро сменить направление и совершить манёвр, например, для побега от хищника, их глаз оказывается недостаточно. Вместо этого необходимую обратную связь обеспечивают рецепторы у основания антенн. Исследователи из Лундского университета совместно с Санджаем Саном из Института фундаментальных исследований Тата в Бангалоре изучили роль этих антеннальных сенсоров для контроля полёта, используя в качестве модели бражника-языкана (Macroglossum stellatarum).

В экспериментах использовалось естественное поведение мотыльков — зависание перед цветком при питании нектаром. Мотыльков приучили посещать искусственный цветок для питья раствора сахарозы. Затем цветок перемещали вбок с разной скоростью, снимая реакцию насекомых высокоскоростной камерой, чтобы оценить, насколько хорошо они могут следить за движением. Чтобы понять роль антеннальных сенсоров, усики подрезали, блокируя сенсорный сигнал, и эксперимент повторили.

«Без антенн мотыльки всё ещё могли летать, но они могли отслеживать только медленные движения цветка, а не быстрые. Когда мы прикрепляли антенны обратно, они работали почти так же хорошо, как и раньше, и мотыльки снова могли отслеживать более быстрые боковые движения», — объясняет Альмут Келбер, профессор кафедры биологии Лундского университета. — «Это потому, что их антенны функционируют точно так же, как гироскоп в самолётах. Гироскоп измеряет ориентацию самолёта или, в данном случае, мотылька».

С точки зрения скорости, фасеточные глаза не имеют шансов соперничать с обратной связью от «гироскопа» мотылька. Преобразование сенсорной информации в нервный импульс занимает в 1000 раз больше времени для фоторецепторов глаза, чем для механорецептора. Кроме того, информация от фоторецепторов глаза должна пройти через большее количество нейронных связей в мозге мотылька, прежде чем достигнет мышц, управляющих крыльями. Эта более длинная цепочка команд добавляет задержку по сравнению с механорецепцией.

«До сих пор исследователи полагали, что бражники-языканы используют для навигации только визуальную информацию. Ранее это было известно только у ночных мотыльков. Мы продемонстрировали, что они также используют рецепторы антенн, и показали, как те работают вместе со зрением», — говорит Альмут Келбер.

Бражники — не единственные насекомые, использующие такое «разделение труда» между зрением и механорецепцией. Известно, что мухи давно используют механосенсорную информацию от своих рудиментарных задних крыльев — маленьких булавовидных структур, называемых жужжальцами, — в дополнение к визуальной информации от глаз.

«Мы показали, что мухи и бражники используют одну и ту же стратегию для управления полётом, несмотря на совершенно разные анатомические предпосылки. Они используют зрение для медленных движений и гироскоп для более быстрых. У мотыльков нет жужжалец, но их гироскопы находятся в антеннах», — заключает Анна Штёкль, ныне работающая в Вюрцбургском университете и одна из авторов исследования.