Саранча в стае носит контрастную черно-коричневую «одежду» для отпугивания хищников

Одиночные особи саранчи обычно зеленые, что обеспечивает маскировку. Однако при высокой плотности популяции они превращаются в стадную фазу, вызывающую нашествия, и их окраска резко меняется на черную спину и коричневое брюхо.

В исследовании, опубликованном 23 августа в Science Advances, команда доктора Кан Ле из Института зоологии Китайской академии наук обнаружила специфический регуляторный фактор, ответственный за эту уникальную окраску.

Ранее команда показала, что черный цвет на спинах саранчи возникает не из-за меланина, а из-за наложения красного комплекса, образованного β-каротин-связывающим белком (βCBP) и β-каротином, на зеленую окраску одиночных особей.

Протеомный анализ черных и коричневых покровов стадной саранчи показал, что βCBP играет ключевую роль в формировании контрастной окраски. Распределение комплекса βCBP-β-каротин в коричневых покровах значительно выше, чем в черных, и это различие в распределении создает черно-коричневую окраску.

Кроме того, фосфорилирование фактора транскрипции ATF2 по сериновому сайту и его последующая локализация в ядре способствуют экспрессии βCBP.

Этот регуляторный механизм тесно связан с плотностью популяции. По мере ее увеличения PKCα реагирует на плотность, быстро активируясь и фосфорилируя ATF2 Ser³²⁷. Это способствует входу ATF2 в ядро, связыванию с промотором βCBP и активации его транскрипции. Разница в уровнях фосфорилирования ATF2 между черными и коричневыми покровами объясняет различное количество βCBP на спине и брюхе, что в итоге приводит к характерной окраске.

βCBP действует как кисть, покрытая пигментом β-каротином, придавая саранче цвет, который с ростом плотности популяции меняется с зеленого на черный, а гораздо более высокие уровни βCBP-β-каротина на брюхе дают коричневый цвет.

Стадная саранча использует свою черно-коричневую предостерегающую окраску вместе с запахом фенилацетонитрила и токсином цианистым водородом, чтобы усилить апосематизм, воздействуя на зрение и обоняние хищников. Кроме того, эта окраска помогает особям в стае распознавать друг друга.

Открытие этого механизма — ключ к пониманию того, как изменения плотности популяции приводят к изменению окраски тела у насекомых. Это также имеет важное практическое значение для прогнозирования вспышек численности вредителей.