Не только размер, но и чешуйки имеют значение в усиках некоторых самцов бабочек
Новое исследование предполагает, что у самцов бабочек (мотыльков) эволюционировали сложные структуры чешуек на усиках, которые усиливают обнаружение женских половых феромонов. Это позволяет им сохранять усики достаточно компактными для максимальной эффективности полета.
Исследование под руководством учёных из Мельбурнского университета с участием RMIT University, Института Уолтера и Элизы Холл и Пекинского лесного университета опубликовано в Proceedings of the Royal Society B.
Чарльз Дарвин был одним из первых, кто задумался, как тип усиков может влиять на способность самцов насекомых обнаруживать половые феромоны, производимые самками, отметил профессор Марк Элгар.
- Предсказание Дарвина: половой отбор, возникающий из конкуренции между самцами, будет благоприятствовать более сложным усикам у самцов бабочек, так как они обеспечивают более быстрое обнаружение феромонов.
- Парадокс: феромоны обнаруживаются рецепторами на структурах, называемых сенсиллами, на усиках. Считается, что перистые, двусторонне-гребенчатые усики обеспечивают большую площадь поверхности для размещения сенсилл. Однако в природе у большинства видов бабочек усики простые, нитевидные.
Чтобы разрешить эту эволюционную дилемму, команда использовала сканирующую электронную микроскопию (SEM) для создания детальных 3D-моделей нитевидных усиков моли семейства Heliozelidae. Затем с помощью методов вычислительной гидродинамики они смоделировали поле воздушного потока вокруг моделей усиков бабочек разного размера и с разным расположением чешуек.
Экспериментальная работа под руководством доктора Цике Вана использовала в модели:
- Наночастицы для представления молекул половых феромонов.
- Микрочастицы для представления загрязняющих частиц, например, пыли.
Ключевые результаты:
- Концентрация сигнала: Угол наклона чешуек концентрирует молекулы феромонов на подветренной стороне усика.
- Замедление потока: Чешуйки создают зону с медленным воздушным потоком вокруг усика, заставляя феромоны дольше задерживаться в зоне обнаружения и увеличивая эффективность их взаимодействия с рецепторами.
- Фильтрация: Чешуйки эффективно отклоняют более крупные загрязняющие частицы (пыль), действуя как сито, которое задерживает только нужные молекулы. Это особенно важно для видов, которые не могут чистить всю длину своих усиков.
Влияние размера и типа чешуек:
- Эффект чешуек по удержанию феромонов значительно сильнее у мелких бабочек по сравнению с крупными. У мелких бабочек с нитевидными усиками чешуйки улучшают обнаружение сигнала на 25–48%.
- Разные типы расположения чешуек (параллельно усику или кольцами вокруг него) по-разному влияли на эффективность концентрации феромонов в рецепторных зонах сенсилл.
Эволюционный компромисс:
- Чешуйки увеличивают диаметр усика и, следовательно, аэродинамическое сопротивление. Улучшенное обнаружение феромонов для поиска партнёра, вероятно, является преимуществом, перевешивающим эту стоимость.
- Более сложные, двусторонне-гребенчатые усики могут быть предпочтительны у крупных бабочек, так как они предлагают дополнительную площадь поверхности для большего количества сенсилл и, следовательно, большую способность воспринимать химические сигналы. Крупные бабочки могут быть менее подвержены снижению скорости полета из-за своего размера и мощности.
Профессор Элгар заключил: «Увлекательно, что теория Дарвина по-прежнему находит подтверждение, но нам потребовались современные методы, такие как электронная микроскопия и вычислительная гидродинамика, чтобы подтвердить, что именно чешуйки на усиках, а не их размер, делают их более эффективными в обнаружении этих crucial половых феромонов».