Вредитель сахарного тростника производит пену для защиты от жары

В Бразилии летом у корней растений на плантациях сахарного тростника часто можно увидеть крошечные шарики пены. Эта пена защищает нимф цикадки-пенницы Mahanarva fimbriolata — основного вредителя сельскохозяйственных культур и пастбищ в Неотропиках.

Исследователи из Колледжа сельского хозяйства Луиса де Кейроса (ESALQ-USP) Университета Сан-Паулу в сотрудничестве с коллегами из Физического института Сан-Карлуса (IFSC-USP) того же университета обнаружили, что Mahanarva fimbriolata производит пену для защиты от колебаний температуры внешней среды.

Температура внутри пенного шара аналогична температуре почвы и идеальна для развития насекомого, так как остается постоянной в течение дня, даже когда солнце нагревает землю. Статья с описанием исследования опубликована в Scientific Reports.

«Теория о том, что пена, производимая цикадкой-пенницей, служит для терморегуляции [поддержания оптимальной температуры тела], существует с 1950-х годов, но до сих пор не была доказана. Мы получили доказательства путем прямого анализа», — сказал соавтор исследования Жозе Маурисиу Симойнс Бенту.

Терморегуляторный механизм

Полевые эксперименты на плантации сахарного тростника в регионе Пирасикаба штата Сан-Паулу показали, что в теплый летний день при значительных колебаниях внешней температуры (от 24,4 °C до 29,2 °C) температура внутри пены оставалась постоянной в течение всего дня — около 25 °C. Это идеальная температура для стадии нимфы и она схожа с типичной температурой почвы.

Лабораторный эксперимент, в котором нимфы, покрытые пеной, помещались в фитотрон, нагретый до 32–33 °C, показал, что при температуре в камере 32 °C температура внутри пены была примерно на 2 °C ниже (около 30 °C), а структура пены оставалась неповрежденной.

«Мы наблюдали, что пена действует как механизм терморегуляции, поддерживая температуру вокруг нимфы ниже 32 °C — температуры, которая является летальной для насекомого. Пена — это своего рода микросреда, в которой температура ниже, чем снаружи, и остается постоянной независимо от внешних колебаний», — сказал Матеус Тонелли, соавтор исследования.

Химический состав и происхождение пены

Анализ химического состава пены выявил значительные количества пальмитиновой и стеариновой кислот, а также белков и углеводов. Эти вещества действуют как поверхностно-активные вещества, стабилизирующие пену за счет снижения поверхностного натяжения и регулирования размера и распределения пузырьков на основе вязкости и эластичности.

Пена состоит из жидкости из сока сахарного тростника, которым питаются нимфы, смешанной с воздухом, кислотами, белками и углеводами. Для её производства нимфа прокалывает ротовым аппаратом корни растения до ксилемы, высасывает жидкость, часть которой смешивается с веществами из мальпигиевых сосудов (основного выделительного органа). Затем нимфа засасывает воздух в брюшную полость, где он смешивается с ПАВ и жидкостью, образуя пузырьки.

Эволюционный контекст и практическое применение

Филогенетические исследования показывают, что цикадка-пенница эволюционировала около 200 миллионов лет назад от цикады, чья нимфа строит подземный туннель для жизни в благоприятных температурных условиях. Пена может служить для пенницы «продолжением почвы», компенсируя неспособность её нимф с хрупким покровом рыть землю для поддержания постоянной температуры.

Знание физических и химических свойств пены можно использовать для борьбы с вредителем, разрабатывая соединения, препятствующие образованию пузырьков. Другая возможность — разработка термоизоляторов, вдохновленных этой пеной.