Яркие гусеницы-химики могут указывать на новые полезные соединения растений
Ученые из Смитсоновского института тропических исследований (STRI) в Панаме сравнили рационы двух видов гусениц. Они ожидали, что вид, питающийся исключительно растениями с токсичными химикатами, будет легче накапливать токсины в своем теле, чем вид с широкой диетой. Они обнаружили обратное. Новый результат, опубликованный в Journal of Chemical Ecology, противоречит давней теории о том, что насекомые-специалисты лучше приспособлены к использованию токсичных растительных химикатов, чем неспециалисты.
Это открытие открывает новые пути для понимания коэволюции растений и насекомых — непрекращающейся гонки вооружений, в которой растения производят новые защитные химикаты, а насекомые находят способы их обойти. Токсичные растительные химикаты также имеют потенциальное медицинское применение против микробов или раковых клеток.
Тропическое растение Vismia baccifera защищается, производя ряд репеллентных химикатов, включая три соединения, токсичных для живых клеток. Немногие растительноядные насекомые могут переварить такой коктейль, но для тех, кто может, преимущества очевидны — меньше конкуренции за пищу и химический инструментарий, который можно использовать для собственной защиты.
Гусеницы бабочки-толстоголовки Pyrrhopyge thericles питаются только растениями рода Vismia. Гусеницы крупной моли Periphoba arcaei имеют гораздо более широкий рацион, включающий растения Vismia и многие другие. Ярко окрашенные гусеницы, одна с броскими полосами, а другая сине-зеленая со щетинками, учат хищников ассоциировать их яркий вид с токсичностью — защитная система предупреждения, известная как апосематизм.
«Ярко окрашенные растительноядные насекомые помогают нам идентифицировать растения, содержащие соединения, активные против важных человеческих болезней», — сказал Тодд Кэпсон, бывший научный сотрудник STRI, курировавший работу приглашенного исследователя Сиары Раудсепп-Херн, ведущего автора нового исследования. Работа документирует первое известное обнаружение химикатов Vismia у бабочек и мотыльков.
Исследователи проанализировали несколько стадий жизни двух видов гусениц на наличие и концентрацию растительных токсинов, называемых визмионами. В то время как в растениях два соединения визмиона находятся в соотношении 1:6, у гусениц-специалистов (бабочки) эти соединения были едва обнаружимы и примерно в равных соотношениях. Между тем, гусеницы-неспециалисты (моли) содержали значительное количество более редкого из двух соединений, что позволяет предположить, что они способны активно накапливать этот растительный химикат в своих телах. В фекалиях обеих гусениц было обнаружено соотношение растительных соединений 1:2, что указывает на то, что их тела могут избирательно поглощать соединения или превращать молекулы одного типа в другой.
«Мы очень мало знаем о том, как именно каждое растительноядное насекомое обрабатывает эти химикаты — как они их накапливают или выводят», — сказала сотрудник STRI и соавтор исследования Аннет Айелло. Некоторые насекомые могут изолировать соединения, чтобы они не причиняли им вреда, в то время как другие могут превращать молекулы в формы, которые ученым труднее обнаружить. Насекомые, которые обрабатывают вредные токсины, не повреждая собственные клетки, имеют преимущество в выживании. Для вида-неспециалиста, сказала Айелло, «способность накапливать токсичные соединения может быть ранним эволюционным прорывом», первым шагом на пути к становлению специалистом по токсичным растениям.
Предыдущие работы предполагают, что наличие ярко окрашенных растительноядных насекомых может сигнализировать о растениях, содержащих потенциально полезные химикаты. И хотя насекомые-специалисты имеют очевидную общую историю со своими растениями-хозяевами, новое исследование предполагает, что насекомые-неспециалисты также могут играть важную роль в химической гонке вооружений, которая движет коэволюцией растений и насекомых. «Изучение насекомых с широкой диетой иногда может давать результаты, столь же ценные, как и изучение специалистов», — сказал Кэпсон.