Как мотыльки распознают запах цветка

Мотылькам достаточно лишь нескольких ключевых компонентов из сложного аромата цветка, чтобы его идентифицировать. К такому выводу пришли исследователи из Университета Аризоны в Тусоне.

Хотя цветочный запах может состоять из сотен химических веществ, мотылёк использует лишь горстку из них для распознавания цветка. Ведущий исследователь Джеффри А. Риффелл сравнил это с идентификацией музыкальной композиции по нотам, сыгранным всего несколькими ключевыми инструментами.

"Мотылёк не обращает внимания на все химические вещества одновременно, — сказал Риффелл. — На самом деле он обращает внимание лишь на несколько".

Это открытие даёт представление о том, как мозг выделяет конкретный запах из моря ароматов в воздухе.

Команда из Университета Аризоны записывала активность мозга табачных бражников (Manduca sexta), пока те нюхали каждый из примерно 60 химических компонентов, составляющих аромат их предпочитаемого источника нектара — цветков священной датуры (Datura wrightii).

Это первый случай, когда исследователи записали активность мозга насекомого в ответ на все индивидуальные химические вещества, полученные из реального цветка. В предыдущих работах использовались только синтетические запахи.

Нейронный ответ вызвали лишь девять из этих химических веществ. Однако для того, чтобы мотылёк полетел к источнику запаха и высунул хоботок в поисках нектара, все девять компонентов должны были присутствовать одновременно.

Статья Риффелла, Хонга Лея, Джона Г. Хильдебранда и Томаса А. Кристенсена "Characterizing and Coding of Behaviorally Significant Odor Mixtures" опубликована в журнале Current Biology. Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения (NIH) и Национальным научным фондом (NSF).

Чтобы собрать запах для экспериментов, Риффелл помещал цветок в пакет для запекания и откачивал воздух через угольный фильтр, улавливающий все пахучие вещества. В лаборатории раствор этих веществ разделяли с помощью газового хроматографа, который выпускал компоненты по одному в раздвоенную трубку: одна ветвь вела к мотыльку с подключёнными электродами, другая — к прибору, идентифицирующему каждый химикат.

Активность мозга регистрировали с помощью динамика: если мозг мотылька реагировал, исследователь слышал быстрые щелчки ("pop-pop-pop"). Мозг мотыльков "щёлкал" только на девять химических веществ из букета свяденной датуры.

Для проверки поведения Риффелл наносил синтетические версии этих веществ на искусственный цветок из фильтровальной бумаги и тестировал 420 мотыльков в аэродинамической трубе. Мотыльки игнорировали вещества, представленные по отдельности, но летели прямо к бумажному цветку и вытягивали хоботок, если на нём были все девять ключевых компонентов одновременно.

"Это было поразительно — как только вы комбинировали химические вещества, мотылёк начинал вести себя очень активно", — сказал Риффелл.

Учёный предполагает, что человеческие нос и мозг работают аналогично, выделяя несколько характерных химических веществ в любом конкретном запахе, например, в запахе кофе.