Открытие нового сенсорного органа для восприятия вибрационных сигналов у цикадок

Учёные из Центра интегративного изучения биоразнообразия (CIBD) Музея естествознания в Берлине, Института Цузе в Берлине и Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена обнаружили новый сенсорный орган для восприятия вибрационных сигналов у цикадок (листоблошек, пенниц и фонарниц). Открытие этого органа открывает многочисленные возможности для новых исследований, поскольку некоторые виды цикадок переносят экономически значимые болезни растений. Для биологической борьбы с вредителями можно использовать деструктивный сигнал, чтобы помешать насекомым спариваться и тем самым сдержать их распространение. Исследование опубликовано в Biology Letters.

Цикады известны своими оглушительными песнями. Каждый из более чем 3000 видов имеет индивидуальный рисунок песни, который даже можно использовать для идентификации вида. В Средиземноморье, тропиках и субтропиках их брачные сигналы доминируют в звуковом ландшафте многих регионов.

Менее известны, хотя с почти 40 000 видов гораздо более разнообразны, близкородственные цикадки (листоблошки, пенницы и фонарницы), которых в большом количестве можно найти в наших парках и садах. Несмотря на часто очень яркую окраску, эти красивые насекомые малоизвестны из-за своего небольшого размера — некоторые достигают всего несколько миллиметров.

Их способ коммуникации также привлекает мало внимания. Цикадки разделяют с цикадами гомологичный орган для генерации сигнала. Однако, в отличие от цикад, они генерируют не звуковые сигналы в воздухе, а вибрационные сигналы, которые передаются сородичам через поверхность растения. Для восприятия сигналов цикады оснащены так называемым тимпанальным органом. Это своего рода ухо, которое регистрирует входящие звуковые волны с помощью около 2000 сенсорных клеток. У цикадок ранее предполагалось, что они воспринимают вибрационные сигналы для коммуникации с помощью довольно простых органов в ногах, присутствующих у всех насекомых, которые состоят всего из нескольких сенсорных клеток.

Новый орган в брюшке

«В нашем последнем исследовании мы обнаружили, что цикадки обладают сенсорным органом в передней области брюшка, который исключительно велик для таких маленьких насекомых и состоит из до 400 сенсорных клеток», — сообщила первый автор Сара Элерс из Центра интегративного изучения биоразнообразия Музея естествознания в Берлине. Тот факт, что этот орган оставался неоткрытым до сих пор, более чем удивителен, поскольку расположенный прямо рядом с ним орган генерации сигнала изучался и описывался много раз.

Комбинируя классические гистологические методы с современными методами визуализации, удалось создать 3D-модель сенсорного органа. Этот орган представляет собой сложную систему тонких мембран и укреплённых частей экзоскелета. Исходя из расположения и структуры этого органа, вероятно, что сложный тимпанальный орган цикад эволюционировал из подобного органа предков.

Перспективы для исследований и борьбы с вредителями

Поскольку некоторые виды цикадок переносят экономически важные болезни растений, они были в центре многих исследований по биологической борьбе с вредителями. Например, хорошо изучено брачное поведение и способ генерации сигнала. Уже есть успешные эксперименты по остановке спаривания этих насекомых с помощью деструктивных сигналов и, таким образом, сокращению их распространения.

Открытие этого нового органа предоставляет возможности для многочисленных новых исследовательских подходов. Теперь необходимо изучить его детальное функционирование. Это может помочь в дальнейшем развитии и улучшении методов биологической борьбы с вредителями. Другое захватывающее направление — эволюция систем коммуникации у насекомых. На примере цикад можно исследовать переход от эволюционно древней коммуникации с помощью вибрационных сигналов к коммуникации с помощью звуковых сигналов.