Обучение помогает табачным бражникам эффективнее выбирать источник нектара и место для откладки яиц

Исследователи из Института Макса Планка получили новые данные о способности к обучению у табачных бражников (Manduca sexta). В двух недавних публикациях сообщается, что обучение запахам играет роль не только в поиске пищи, но и влияет на выбор растения-хозяина для откладки яиц самками. В этом контексте откладка даже одного яйца на определённом растении достаточна для того, чтобы бабочка предпочла тот же вид растения спустя 24 часа. При этом «второй нос» бражника — кончик хоботка, на котором также обнаружены обонятельные сенсорные клетки, — по-видимому, не участвует в обучении запахам и принятии решений при поиске пищи. Результаты дают ключи к пониманию адаптивности этих насекомых.

Способность к обучению влияет и на откладку яиц

В предыдущем исследовании учёные под руководством Билла Ханссона и Маркуса Кнадена уже показали, что бражники могут научиться связывать изначально неприятные запахи с источником нектара. Насекомые продемонстрировали высокую адаптивность в отношении источников пищи. В новой работе исследователи выясняли, влияет ли обучение и на откладку яиц.

В поведенческих экспериментах самкам давали выбор отложить яйца на листе дикого табака Nicotiana attenuata либо дурмана Datura wrightii.

• Наивные бабочки (без предшествующего опыта) проявляли врождённое предпочтение листьям дурмана.
• Обучаемые самки проходили «тренировку» на листьях только одного из двух видов растений.
• Результат: Даже однократный опыт откладки яйца был достаточен, чтобы направить интерес бабочки именно к тому растению, на которое оно было отложено. Обучение происходило даже когда для откладки был доступен только один лист, то есть опыт был отделён от цветка как источника нектара.

Предпочтение табаку через 24 часа ослабевало сильнее, чем предпочтение дурману, который является естественным фаворитом. Сочетание врождённого предпочтения с обучением на основе успешного опыта, по-видимому, даёт эволюционное преимущество: тяжёлое насекомое, тратящее много энергии на полёт, может откладывать яйца эффективнее и экономить ресурсы, а также меньше подвергаться риску со стороны хищников.

«Второй нос» на хоботке не участвует в обучении запахам

Табачные бражники запоминают запахи цветов, ведущие к нектару, используя для обнаружения обонятельных сигналов свои антенны. Однако в 2016 году команда Маркуса Кнадена обнаружила обонятельные нейроны на кончике хоботка, представляющие собой «второй нос». Учёные решили проверить, могут ли бабочки обучаться запахам и с помощью этого дополнительного органа.

Ключевая задача эксперимента: разработать искусственный цветок, который удерживает запах внутри и не излучает его наружу, чтобы можно было различить обучение с помощью антенн и с помощью хоботка. Учёные создали цветок из синего акрила, привлекающий бабочек даже без запаха.

Поведенческие эксперименты в аэродинамической трубе показали, что табачные бражники не обучаются запахам, которые воспринимают только хоботком. Предыдущий опыт с конкретными запахами внутри цветка не менял поведение при поиске пищи. Вероятно, роль хоботка больше связана с тактильным или вкусовым восприятием для оценки качества цветка. Он, предположительно, иначе воспринимает запахи и не передаёт обонятельную информацию в высшие отделы мозга, участвующие в обучении.

Перспективы исследований

Табачный бражник — идеальная модель для изучения восприятия запахов и обучения: от обнаружения молекулы одоранта через нейронную обработку до итогового поведения. Дальнейшие исследования будут направлены на выяснение:

1. Могут ли бражники научиться откладывать яйца на растения, не входящие в их естественный круг хозяев.
2. Способны ли они запоминать множество различных цветов и растений-хозяев.
3. Как именно бабочка использует обонятельные нейроны на хоботке для оценки запахов цветов.