Картирование движений жуков может помочь в борьбе с угрозой продовольственной безопасности
Исследователи из Университета Сент-Эндрюс раскрыли удивительную механику извивающихся движений личинок мучного хрущака. Эти находки могут помочь в борьбе с заражением запасов и угрозами продовольственной безопасности.
По оценкам, около 20% запасов муки и зерна в развивающихся странах и 9% в остальном мире ежегодно портятся из-за заражения красным мучным хрущаком и подобными вредителями. Однако до сих пор не было известно, как и почему эти жуки так эффективно зарываются в субстрат.
Новые результаты могут изменить подход к борьбе с вредителями в будущем и вдохновить на новые идеи в робототехнике.
Исследование, опубликованное в Journal of Experimental Biology, возглавила студентка четвертого курса Белла Сюй Ин, работавшая с докторами Маартеном Звартом и Стефаном Пулвером в Школе психологии и неврологии.
Команда обнаружила, что личинки красного мучного хрущака (Tribolium castaneum) наиболее эффективно передвигаются по шероховатым, волокнистым поверхностям, таким как бумага и картон. На этих субстратах личинки используют волнообразный шаблон ходьбы, который начинается сзади и движется вперед, обеспечивая эффективность и гибкость.
Когда личинки сталкиваются с более сложными условиями, такими как крутые склоны или необходимость зарываться в муку (ключевой источник пищи), они меняют тактику. Они задействуют крошечные структуры, называемые пигоподами, в задней части тела, чтобы цепляться и стабилизировать себя.
Дальнейшие эксперименты показали, что нарушение нейронных связей между передней и задней частями тела личинок серьезно затрудняет их способность карабкаться и рыть туннели. Этот результат подчеркивает критическую роль задних брюшных структур в адаптации движений к условиям окружающей среды и показывает, что им нужен хвост, чтобы заражать пищевые запасы.
Ведущий автор Белла Сюй Ин сказала: «Нечасто получаешь чистый лист и слышишь: "Никто не знает, как эта штука двигается, иди и выясни!". Это дало нам большую свободу в вопросах, которые мы могли задать, чтобы удовлетворить наше любопытство как нейробиологов двигательных систем, но также раскрыть фундаментальные результаты, которые могут информировать новые практики в устойчивом сельском хозяйстве.
«В будущем мы хотели бы выяснить, какие типы нейронов и молекул связывают их мозг, ноги и пигоподы, чтобы помочь разработать более специфичные методы, подавляющие их заражение, без повреждения самих культур».
Доктор Зварт отметил: «Было увлекательно погрузиться в мир личинок мучного хрущака и раскрыть изящные способы, которыми они адаптируют свои движения к сложной, постоянно меняющейся среде. Наша работа не только раскрывает замечательную нейронную и биомеханическую стратегию, но также намекает на новые захватывающие подходы к повышению продовольственной безопасности и проектированию проворных биоинспирированных роботов».
Доктор Пулвер добавил: «Это отличный пример того, как междисциплинарные исследования под руководством студентов в Сент-Эндрюсе могут генерировать идеи и влияние, выходящие за пределы Шотландии».
Эта работа показывает, что даже мелкие насекомые обладают сложными двигательными стратегиями для преодоления сложных условий среды. Учитывая, что потери хранимого зерна из-за вредителей, таких как мучной хрущак, оцениваются примерно в одну пятую по всему миру, понимание этих локомоторных стратегий открывает захватывающий потенциал для разработок во многих областях.