Растения-хозяева указывают насекомым, когда отращивать длинные крылья и мигрировать

Ученые из Университета штата Вашингтон и Китайского университета Цзилян обнаружили, что качество растения-хозяина (риса) определяет, разовьются ли у коричневой цикадки, основного вредителя риса в Азии, короткие или длинные крылья.

Размер крыльев определяет, может ли насекомое перелетать на большие расстояния к другим растениям или оставаться и питаться на ближайших рисовых полях.

«Все дело в количестве глюкозы, или сахара, в растении. Рисовые растения с более высоким уровнем глюкозы — старые и отмирающие. Это увеличение глюкозы заставляет молодых коричневых цикадок развиваться во взрослых особей с длинными крыльями. Растение действительно указывает насекомому, как расти», — пояснила профессор Лора Лавин.

Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, дают ученым потенциальный инструмент для разработки методов борьбы с вредителем.

Больше сахара — пора двигаться дальше

В течение жизни рисового растения соотношение сахаров к аминокислотам меняется. Молодые растения риса имеют относительно низкий уровень глюкозы и являются отличным источником пищи. Цикадки, питающиеся ими, развивают короткие крылья и (у самок) большие яичники. Им не нужно искать новый дом.

Но по мере старения растений уровень глюкозы повышается. Это запускает изменение у молодых цикадок: они развиваются с длинными крыльями и мелкими яичниками, готовясь мигрировать от старого, менее питательного растения в поисках лучшей пищи.

«Это решение принимается один раз. Если оно ошибочно, цикадка в беде. Развить короткие крылья, когда нужны длинные, чтобы улететь, — и она погибнет. Развить длинные крылья, когда можно обойтись короткими, — и она покинет здоровый источник пищи и будет вынуждена бессмысленно искать другой дом», — сказала Лавин. Во взрослом состоянии насекомые не могут изменить структуру своего тела.

Будущие последствия

Надежда заключается в том, что, сделав это открытие, ученые смогут манипулировать насекомым, заставляя его отращивать длинные крылья и улетать. Коричневая цикадка (Nilaparvata lugens Stål) — один из самых разрушительных вредителей риса в мире, угрожающий устойчивости производства и глобальной продовольственной безопасности.

«Результаты этого исследования, будем надеяться, позволят ученым найти новый способ заставить коричневую цикадку развиться в неправильную форму, чтобы она погибла, прежде чем станет вредителем», — сказала Лавин.

Только глюкоза

Самым удивительным для исследователей было то, что единственным определяющим фактором оказалась всего одна переменная — глюкоза.

«Было трудно изолировать экологические сигналы, влияющие на морфологию и поведение насекомых. Но не для коричневой цикадки. Уровень глюкозы в растении — это сигнал, оставаться им или уходить», — отметила Лавин.

Один из рецензентов их статьи предложил провести эксперимент в лаборатории, чтобы проверить, вызовет ли добавление глюкозы изменение.

«Мы вводили глюкозу непосредственно цикадкам, и это сработало. У них развились длинные крылья, как если бы они питались старыми растениями. Мы были так удивлены, что это так просто», — сказала Лавин.