Гусеницы передают пищевые предпочтения потомству через кровь

Многие гусеницы известны своими специфическими пищевыми предпочтениями, которые сохраняются при превращении в бабочек. Например, бабочка-монарх питается только растениями молочая, а парусник Lime butterfly — листьями лайма. Исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) интересует, как возникли эти уникальные диетические предпочтения, несмотря на общее происхождение видов.

В более раннем исследовании учёные из Департамента биологических наук NUS показали, что если гусеницы питались листьями вне их обычного рациона, то через несколько дней они начинали предпочитать запах этого типа растений. Более того, эти гусеницы передавали приобретённое предпочтение запаха своему потомству.

Такое явление наблюдается в природе, когда гусеницы оказываются на новом пищевом растении, если самка бабочки по ошибке отложила яйца не на том растении. Новое растение съедобно, но имеет новый запах, и гусеницы научатся предпочитать этот запах и передадут предпочтение своему потомству.

Такой тип наследования может способствовать смене растения-хозяина и, в конечном итоге, образованию новых видов, каждый со своими пищевыми предпочтениями.

«Поскольку новые пищевые предпочтения формируются в мозге гусениц, было неясно, как эти предпочтения наследуются их потомством», — пояснила профессор Антония Монтейру, руководившая исследовательской группой.

Доктор В. Говри, первый автор исследования, отметила: «Потомство развивается из слияния двух клеток (яйцеклетки и сперматозоида), производимых в половых железах каждого родителя, которые находятся далеко от мозга. Было неясно, как предпочтение запаха передавалось этим клеткам».

Чтобы выявить факторы, влияющие на это адаптивное поведение, исследовательская группа провела эксперименты и показала, что кровь гусеницы, называемая гемолимфой, которая омывает как мозг, так и репродуктивные органы, содержит факторы, способствующие наследованию нового предпочтения запаха.

Команда NUS опубликовала свои выводы в научном журнале Biology Letters 15 мая 2024 года.

Эксперимент с запахом

Гемолимфа гусеницы может опосредовать перенос факторов от мозга к половым железам, влияя на предпочтения запахов у следующего поколения. Альтернативно, она может переносить эти факторы от пищи к мозгу эмбриона следующего поколения, если они включены в сперматозоиды или яйцеклетки.

Чтобы проверить, содержит ли кровь гусениц такие факторы, только что вылупившихся гусениц кормили либо растениями с новым запахом, либо контрольным растением. После созревания у части гусениц собирали гемолимфу. Собранную кровь вводили гусеницам, которые не потребляли ни один из типов пищи.

В этом эксперименте исследователи наблюдали, что гусеницы, получившие кровь от контрольной группы, придерживались своего обычного меню. Напротив, те, кто получил кровь от гусениц, питавшихся пищей с новым запахом, начали склоняться к этому изменению в диете. Что наиболее интересно, то же самое произошло и с их потомством, родившимся много дней спустя.

«Это было очень неожиданно для нас, поскольку эксперимент показывает, что обучение предпочтению запаха может происходить без необходимости попадания запаха в тело гусеницы через антенны, как предполагается в учебниках», — сказала профессор Монтейру.

Эти эксперименты предполагают возможный механизм, который мог бы помочь гусеницам менять свои пищевые предпочтения в ходе эволюции. Исследователи надеются далее изучить механизм наследования предпочтения запаха и выделить конкретные факторы, передающиеся из поколения в поколение.