Учёные выявили токсичный механизм защиты от хищников у саранчи
Команда учёных под руководством профессора Кан Ле из Института зоологии Китайской академии наук сообщила о беспрецедентном защитном механизме у животных, при котором обонятельный апосематический (предупреждающий) сигнал может превращаться в гипертоксичное химическое вещество для облегчения защиты от хищников у саранчи.
Результаты опубликованы в статье "Phenylacetonitrile in locusts facilitates an antipredator defense by acting as an olfactory aposematic signal and cyanide precursor" в Science Advances 23 января 2019 года.
Скопления животных — частое явление в природе. Саранча в высокой плотности образует крупные стаи, подверженные высокому риску нападения хищников. Поэтому эффективная защитная стратегия у стадной саранчи критически важна для её выживания и миграции.
Ранее считалось, что стадная саранча может использовать предупреждающую окраску, связанную с токсичными экстрактами из растений, для защиты от хищников. Однако функциональная координация и биосинтез апосематических сигналов и токсинов у саранчи были плохо изучены.
Ключевые открытия:
- Фенилацетонитрил (PAN) — доминирующее летучее соединение, зависящее от плотности популяции. Оно обнаружено во всех тканях и жидкостях тела у стадной саранчи, но отсутствует у одиночной саранчи.
- Поведенческие тесты исключили роль PAN в агрегации (скоплении) саранчи.
- С помощью транскриптомного анализа, РНК-интерференции и анализа меченых соединений впервые идентифицирован новый ген цитохрома P450 — CYP305M2. Он кодирует лимитирующий фермент, катализирующий реакцию оксимации в пути биосинтеза PAN из фенилаланина у животных. Экспрессия этого гена напрямую реагирует на изменения плотности популяции саранчи.
Защитная функция PAN:
- В серии тестов с большой синицей птицы отказывались атаковать и поедать одиночную саранчу, обработанную PAN.
- Саранча с "выключенным" геном CYP305M2 (dsCYP305M2) атаковалась и поедалась чаще, чем контрольная группа (dsGFP) или такая же саранча, но с внешним введением PAN.
- Это доказывает, что PAN, производимый стадной саранчой, снижает хищничество птиц и служит обонятельным апосематическим сигналом.
Токсичное превращение:
- Впервые показано, что у саранчи существует de novo путь биосинтеза цианистого водорода (HCN).
- HCN образуется из предшественника PAN, и его выработка значительно усиливается, когда саранча подвергается угрозе со стороны птиц-хищников.
- Пластичность биосинтеза PAN в ответ на плотность популяции критически важна для оптимизации защитных стратегий саранчи в различных условиях.
Значение исследования:
Результаты изменили прежние взгляды на роль PAN и предоставили убедительные доказательства её функции в защите саранчи. Исследование важно как для глубокого понимания взаимодействий "хищник-жертва", так и для разработки новых стратегий контроля вспышек численности сельскохозяйственных вредителей.