Бражники используют второй "нос" на хоботке для оценки цветков
Цветки без запаха дают меньше семян, хотя опылители посещают их так же часто, как и ароматные. К такому неожиданному выводу пришли ученые из Института химической экологии Макса Планка (Йена, Германия), изучая растения табака, у которых была "отключена" способность производить цветочные летучие вещества (флоральные летучие вещества). Исследователи показали, что цветочный аромат критически важен для успешного опыления: бражники Manduca sexta, главные опылители дикого табака Nicotiana attenuata, используют свой хоботок (proboscis), чтобы чувствовать запах флоральных летучих веществ при посещении цветков. Оказалось, что обонятельные нейроны, воспринимающие эти запахи, расположены именно на хоботке Manduca. Только когда цветки производили летучие вещества, бабочки оставались достаточно долго, чтобы пить нектар, и только при длительном посещении они переносили на хоботке достаточно пыльцы для успешного опыления других пахнущих цветков. Результаты опубликованы в журнале eLife (eLife, май 2016, DOI: 10.7554/eLife.15039).
Поведенческие эксперименты и роль хоботка
В полуестественных экспериментах в палатках с растениями Nicotiana attenuata ученые с удивлением обнаружили, что непахнущие цветки посещались бражниками так же часто, как и пахнущие, но давали меньше семян. Чтобы выяснить причину, был разработан Y-лабиринтный эксперимент — тест на выбор хоботком. В нем насекомое должно было выбрать, в какое из двух ответвлений Y-образной трубки (имитирующей венчик цветка) ввести хоботок. Одно ответвление содержало флоральные летучие вещества, другое — нет. Эксперимент в аэродинамической трубе показал, что хоботок моли оставался значительно дольше в "пахнущей" части "цветка". Важно, что антенны ("основной нос" бабочки) были исключены из зоны восприятия запаха.
Активные обонятельные рецепторы на хоботке
С помощью методов молекулярной биологии ученые идентифицировали гены, активные на хоботке бражника. Среди них оказались гены двух обонятельных рецепторов: обонятельного ко-рецептора ORCO и ионотропного ко-рецептора IR25a. Ген ORCO был активен только на кончике хоботка, а IR25a — также и в верхних частях органа.
При изучении электронно-микроскопических изображений кончика хоботка исследователи обнаружили ранее неизвестную у Manduca sexta сенсиллу (сенсорный волосок). Метод "Single Sensillum Recording" показал, что эта сенсилла на хоботке реагирует на флоральные летучие вещества. Таким образом, бражник способен чувствовать цветочный аромат кончиком языка.
Экологическое значение
Опылители не могут напрямую оценить количество нектара в цветке. Однако цветочный аромат служит важным индикатором наличия нектара, так как сообщает информацию о возрасте и физиологической активности цветка, что сильно коррелирует с производством нектара. Следовательно, бабочки, правильно определяющие запах, с большей вероятностью выберут цветки с достаточным количеством нектара.
Для растения наличие цветочного запаха повышает приспособленность по двум причинам:
- Пахнущие цветки с большей вероятностью будут замечены опылителями.
- Флоральные летучие вещества увеличивают успешность кормления бражника и, как следствие, эффективность опыления.
Как резюмирует руководитель исследования Дэнни Кесслер: "Эволюция цветков тесно связана с эволюцией опылителей. Узнавая больше о "почтальонах" пыльцы, мы больше узнаем об эволюции и функциях признаков растений".