У жука «свидания» проходят через ночь: 48-часовой цикл большого чёрного хрущика

Жизнь на Земле подчинена 24-часовому циклу вращения планеты. У животных и растений есть встроенные циркадные часы, синхронизирующие метаболизм и поведение с этим суточным ритмом. Но один жук выпадает из этого ритма.

Новое исследование, опубликованное 18 января в Current Biology, посвящено жуку с уникальным 48-часовым циклом. Большой чёрный хрущик Holotrichia parallela — сельскохозяйственный вредитель в Азии. Через ночь самки жуков выходят из почвы, забираются на растение-хозяина и выделяют феромоны для привлечения самцов.

Это брачное поведение самок контролируется 48-часовыми «циркабидианными» часами по причинам, которые остаются загадкой. Команда под руководством Уолтера Лила, профессора молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе, и Цзяо Иня из Китайской академии сельскохозяйственных наук в Пекине хотела выяснить, подчинена ли способность самцов улавливать запах самок также 48-часовому ритму.

По следам феромонов

Первым шагом команды было идентифицировать ген рецептора, реагирующего на феромон самки, который носит соблазнительное название L-изолейцин метиловый эфир (LIME). Исследователи изначально клонировали 14 генов-кандидатов. Серия экспериментов привела их к гену под названием HparOR14 как к рецептору полового феромона — первому, идентифицированному у вида жуков.

Обнаружив ген рецептора, учёные могли измерить уровень транскриптов гена HparOR14 на протяжении жизни жука и его активность в течение 48 часов. Они обнаружили, что в «ночь свиданий», когда самки забираются на растения для выделения феромона, транскрипция HparOR14 усиливалась после наступления темноты. Но активность рецептора была низкой в чередующиеся дни. (В контрольном эксперименте реакция на химический сигнал от повреждённых листьев, указывающий на пищу для жука, оставалась постоянной изо дня в день.)

Результаты показывают, что способность самцов хрущика обнаруживать женский половой феромон действительно подчинена 48-часовому циркабидианному циклу, который совпадает с брачным поведением самок.

Почему и как у большого чёрного хрущика существуют эти 48-часовые циклы, неизвестно. Циркадные (24-часовые) часы синхронизируются сигналами, которые меняются в течение суток — самым очевидным является восход или закат солнца. Но в природе нет 48-часовых сигналов, поэтому то, как именно устанавливаются циркабидианные циклы у этих жуков — включая то, как самцы и самки синхронизируются друг с другом, чтобы все знали, какая ночь является «ночью свиданий», — остаётся неразгаданной тайной.

«24-часовые ритмы в физиологии и поведении обычно наблюдаются у организмов от бактерий до человека, но наблюдения 48-часовых ритмов в природе редки», — сказала профессор Джоанна Чиу, заведующая кафедрой энтомологии и нематологии Калифорнийского университета в Дэвисе и эксперт по циркадным ритмам, не участвовавшая в работе. «Это элегантное исследование профессора Лила и его коллег дало нам подробное описание того, как генерируется циркабидианный ритм обнаружения феромона у этого жука».