Как саранча балансирует между притяжением и отталкиванием через обонятельную нейромодуляцию

Для насекомых обонятельные сигналы критически важны — они помогают находить ресурсы, но также включают смесь аттрактантов и репеллентов. У перелётной саранчи (Locusta migratoria) на высоких плотностях популяции это усложняется: насекомые образуют рои, выделяя два ключевых химических сигнала — феромон агрегации 4-виниланизол (4VA) и апосематическое соединение фенилацетонитрил (PAN).

4VA привлекает саранчу для формирования роя, а PAN отпугивает сородичей (предотвращая каннибализм) и хищников. Возникает вопрос: как саранча разрешает конфликт между поведением агрегации и отталкивания, когда ощущает оба соединения одновременно?

Исследователи из Института зоологии Китайской академии наук под руководством профессора Кан Ле выяснили, что саранча достигает баланса между роением, защитой от хищников и избеганием каннибализма за счёт точной нейромодуляции двух противоположных обонятельных сигналов. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевые различия в выделении сигналов

Эксперименты показали:

• 4VA выделяется при значительно меньшей плотности — всего 4–5 особей после скучивания.
• PAN требует более плотной группы — 16–17 одиночных особей.
• Даже при одинаковой плотности 4VA появляется раньше: через 24 часа скучивания, тогда как PAN — только через 48 часов.
• Со временем PAN становится доминирующим компонентом смеси по мере развития агрегации.

Поведенческий ответ на смесь

Несмотря на более высокий уровень эмиссии PAN, саранча стабильно предпочитает смесь 4VA и PAN при любых изменениях их пропорций или концентраций.

• Добавление 4VA к PAN может нейтрализовать репеллентный эффект PAN.
• Обратное не работает: добавление PAN к 4VA не подавляет аттрактивные свойства 4VA.

Нейронные механизмы доминирования 4VA

Исследование активности нейронов в антеннах (основном обонятельном органе) показало:

• Нейроны, реагирующие на 4VA, активно подавляют активность нейронов, чувствительных к PAN.
• В антеннальной доле мозга пространственно-временные паттерны ответа проекционных нейронов (PNs) на смесь 4VA-PAN были гораздо ближе к паттернам, вызванным только 4VA, а не PAN.
• Ключевой фактор этого доминирования — скорость проведения сигнала проекционными нейронами, которая и определяет общий привлекательный ответ на смесь.

Исследование даёт новое понимание того, как животные принимают поведенческие решения при столкновении с конфликтующими сенсорными сигналами.