Химический сигнал защищает перелётных саранчу от каннибализма

Учёные предполагают, что каннибализм среди саранчи способствует её роевому поведению: стаи постоянно движутся, так как отдельные особи убегают от преследующих их сородичей.

Исследователи из Института химической экологии Общества Макса Планка задались вопросом, как эти насекомые влияют на поведение друг друга в огромных роях и какую роль играет обоняние.

Фазы саранчи и триггеры роения

Перелётная саранча (Locusta migratoria) существует в разных фазах:

• Одиночная фаза: насекомые живут по отдельности, малоподвижны и мало едят.
• Стадная фаза: типичное роевое поведение. Переход происходит за несколько часов при увеличении плотности популяции (из-за дождей и достатка пищи). Саранча начинает чувствовать запах, видеть и касаться друг друга.

Эти три типа стимуляции повышают уровень серотонина и дофамина в мозге, делая одиночных особей агрессивными, очень активными и прожорливыми. Они выделяют феромоны агрегации, что в итоге приводит к образованию роя. Каннибализм происходит только в стадной фазе.

Связь плотности, каннибализма и запаха

Поведенческие эксперименты показали прямую связь: с ростом числа стадных особей в клетке увеличивалась и скорость каннибализма.

Анализ запахов, выделяемых одиночными и стадными особями на ювенильной стадии, выявил 17 соединений, производимых исключительно в стадной фазе. В поведенческих тестах только фенилацетонитрил (PAN) оказался запаховым сигналом, отпугивающим других саранчовых.

Подтверждение функции PAN

Учёные использовали генетически модифицированную саранчу, у которой был "выключен" фермент, ответственный за производство PAN.

• При росте плотности популяции обычные особи производили больше PAN.
• Особи, неспособные производить PAN, демонстрировали значительно возросший уровень каннибализма, что подтвердило сильный антиканнибалистический эффект этого соединения.

Поиск обонятельного рецептора

Основной сложностью был поиск рецептора, распознающего PAN. У саранчи более 140 генов обонятельных рецепторов. Протестировав 49 различных рецепторов с более чем 200 релевантными запахами, команда идентифицировала обонятельный рецептор OR70a как высокочувствительный и специфичный детектор PAN у Locusta migratoria.

Эксперименты с саранчой, у которой рецептор OR70a не функционировал, снова показали сильно увеличенную скорость каннибализма, так как сигнал "стоп-каннибализм" больше не воспринимался.

Перспективы для контроля численности

Феромон, контролирующий каннибализм, — абсолютно новое открытие. Понимание его роли в популяционной экологии открывает новые возможности для контроля саранчи.

Как отмечает руководитель исследования Билл Ханссон: "Если ингибировать производство PAN или функцию рецептора, можно заставить саранчу вести себя более каннибалистически и потенциально контролировать себя таким образом".