Защита жуков-листоедов от хищников зависит от растения-хозяина и стадии развития
Жуки-листоеды (хреновые блошки) используют защитные соединения растений-хозяев — глюкозинолаты — для собственной защиты. Как и у растений, у них есть фермент, превращающий глюкозинолаты в токсичные горчичные масла. Исследователи из Института химической экологии Макса Планка в Йене (Германия) обнаружили, что глюкозинолаты присутствуют на всех стадиях жизни жука, но необходимый для их активации фермент активен не всегда. Личинки успешно отражают атаки хищников, например, божьих коровок, а куколки становятся их добычей из-за отсутствия ферментативной активности. Результаты опубликованы в Functional Ecology в феврале 2020 года.
Механизм «горчичной бомбы»
Хреновые блошки питаются растениями семейства крестоцветных (хреном, рапсом, горчицей), обладающими «горчичной бомбой». Эта защита основана на двух компонентах:
- Глюкозинолатах (нетоксичные соединения)
- Ферменте мирозиназе
При повреждении ткани нетоксичные глюкозинолаты контактируют с мирозиназой, что приводит к их превращению в токсичные горчичные масла — «бомба взводится». Жук копирует эту систему: потребляет глюкозинолаты из растений и вырабатывает собственную мирозиназу.
Активность фермента на разных стадиях развития
Учёные под руководством Франциски Беран исследовали, способны ли все стадии развития жука (от яйца до имаго) использовать эту защиту. Эксперименты показали:
- Глюкозинолаты присутствуют на всех стадиях жизни жука.
- Активность фермента мирозиназы сильно варьирует:
- Личинки демонстрируют высокую ферментативную активность.
- У куколок активность практически не обнаруживается.
«Способность отражать хищников с помощью растительных защитных веществ значительно различается между разными стадиями жизни», — поясняет первый автор исследования Тереза Спорер.
Эксперименты с хищниками
Для проверки эффективности защиты личинок и куколок жука предлагали в качестве добычи прожорливым личинкам божьей коровки (Harmonia axyridis).
Результаты:
- Атака на личинок жука: Личинка божьей коровки кормится очень недолго, затем отползает от жертвы и часто срыгивает. «Они скорее умрут от голода, чем будут питаться защищёнными личинками», — отмечает соавтор Йоханнес Кёрниг.
- Атака на куколок жука: Куколки, не имеющие химической защиты, были съедены.
- Контрольный эксперимент: Личинки жука, накопившие глюкозинолаты (питаясь соответствующим растением), успешно отражали атаки. Личинки без глюкозинолатов были убиты.
Неожиданная уязвимость куколок
Для исследователей стало неожиданностью отсутствие химической защиты у куколок, поскольку на этой неподвижной стадии особенно важна эффективная оборона. Предполагается, что основными естественными врагами куколок могут быть нематоды и микробные патогены, а не хищные насекомые.
Перспективы исследований
Планируются дальнейшие исследования, чтобы выяснить:
- Насколько эффективна «горчичная бомба» жука против врагов в естественной среде.
- Какие вещества защищают куколок от их природных врагов и используются ли другие механизмы защиты.
- Результаты также представляют интерес для сельского хозяйства, поскольку хреновые блошки считаются виновниками снижения урожайности хрена.