Энтомологи объяснили высокую долю гибридных мотыльков в природе через феромоны
Международная команда исследователей, включая энтомологов из Калифорнийского университета в Риверсайде, нашла объяснение, почему в природе наблюдается так много гибридных мотыльков. Ответ кроется в поведении самцов и их обонятельных цепях, реагирующих на феромоны самок — химические смеси, обычно состоящие из двух или нескольких производных жирных кислот.
Самцы мотыльков используют феромоны для поиска самок. Чтобы избежать спаривания с неправильным видом, феромонные смеси специфичны для каждого вида, и только самцы того же вида «понимают» эти летучие сообщения. Исследователи сосредоточились на кукурузном мотыльке (Ostrinia nubilalis), у которого самцы часто спариваются с самками другого штамма (внутривидовой формы).
Чтобы понять брачное поведение, ученые сначала отследили полет самцов к феромонам самок в аэродинамической трубе. Каждый штамм кукурузного мотылька использует смесь феромонных компонентов в строго определенном соотношении. К удивлению исследователей, выяснилось, что когда самец летит против ветра вдоль шлейфа феромонов, его обонятельная система теряет способность измерять это соотношение.
Теун Деккер, соавтор исследования, объяснил: «Это происходит потому, что рецепторы в мозге мотылька для каждого компонента феромона имеют разную скорость сенсорной адаптации, и каждый тип рецепторов начинает срабатывать с разной скоростью. Это меняет входной сигнал в мозг по мере полета вдоль шлейфа. Чтобы преодолеть это несоответствие, мотыльки полагаются на соотношение, которое они обнаружили при первом контакте со шлейфом».
По словам ученых, эта «ментальная сокращенная схема» необходима самцам, чтобы продолжать ориентацию вдоль шлейфов, которые с точки зрения сенсорного ввода кажутся меняющимися по соотношению компонентов.
Теун Деккер: «Как только самцы мотыльков «запираются» на феромонный шлейф, они становятся гораздо менее чувствительны к качеству смеси. Другими словами, самцы летят даже к смесям, которые изначально были непривлекательны, и поэтому могут спариваться с самками других штаммов, к которым в ином случае не подлетели бы. Это объясняет, почему мы находим гибридных мотыльков в природе».
Эксперимент в аэродинамической трубе
Исследователи провели серию поведенческих экспериментов с перекрывающимися феромонными шлейфами, а также шлейфами, резко переходящими от одной смеси к другой. Они выбрали кукурузного мотылька из-за его узкой настройки на бинарную смесь ацетатов с 14-углеродной цепью, произведенных самками (условно названных Z11 и E11). Существуют два штамма — Z и E, которые производят и предпочитают смеси с разным соотношением Z11 к E11.
В аэродинамической трубе были установлены феромонные приманки каждого штамма, а также промежуточная гибридная приманка. Самцов подвергали воздействию частично перекрывающихся феромонных шлейфов от этих приманок, имитируя условия природы при большом скоплении мотыльков.
Было обнаружено, что самцы изначально привлекались приманками, испускающими феромоны самок их собственного штамма. Но после начала полета самцы «снижали свою специфичность», то есть становились менее разборчивыми в выборе приманок. Например, в одном из экспериментов при выборе между тремя частично перекрывающимися источниками феромона, 58%, 38% и 4% самцов Z-штамма приземлились на приманки Z, H (гибрид) и E соответственно.
Ринг Карде, соавтор исследования: «То, что мы обычно распознаем как отличительный запах — аромат цветка или кофе — обычно состоит из смеси многих различных химических веществ. Это и есть сигнатура конкретного букета — наличие смеси многих химических веществ, часто в определенных соотношениях. Наша работа предполагает, что именно первое впечатление — первый «глоток» запаха — может определять способность насекомого распознать эту смесь запахов».
В дальнейшем исследователи планируют изучить, изменяется ли специфическая реакция на запаховые смеси у других видов мотыльков и организмов, таких как комары, после их первого контакта с одорантной смесью.
Результаты исследования опубликованы 15 апреля в Proceedings of the National Academy of Sciences.