Табачные бражники избегают для откладки яиц растений, пахнущих экскрементами гусениц

Самки насекомых используют запаховые сигналы для выбора подходящего кормового субстрата для потомства, чтобы повысить выживаемость личинок. Учёные из Института химической экологии Общества Макса Планка показали, что определять лучшее место для откладки яиц могут не только запахи растений, но и фекалии (frass) других личинок того же вида. Они идентифицировали отпугивающее вещество в экскрементах гусениц табачного бражника (Manduca sexta), которое сигнализирует самкам о присутствии конспецифичных конкурентов.

Кроме того, исследователям удалось идентифицировать одорантный рецептор, участвующий в обнаружении типичного запаха экскрементов личинок и, таким образом, управляющий избеганием конкуренции при откладке яиц. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (октябрь 2019).

Ненасытные гусеницы

Гусеницы Manduca sexta чрезвычайно прожорливы. Одна личинка способна полностью объесть растение-хозяина, такое как дикий табак Nicotiana attenuata или дурман Datura wrightii. Следовательно, одного растения редко хватает, чтобы прокормить вторую гусеницу.

Учёные выяснили, могут ли бабочки учитывать информацию, предоставляемую непосредственно личинками — потенциальными конкурентами их потомства. Поведенческие тесты в аэродинамической трубе, где бабочек подвергали воздействию отдельных запаховых компонентов, чётко показали, что мотыльков отпугивают некоторые соединения, связанные с экскрементами.

Оказалось, что для запуска поведения избегания достаточно одного конкретного класса летучих соединений в экскрементах личинок — 6-углеродных алифатических кислот.

Рецептор IR8a регулирует избегание экскрементов личинок у яйцекладущих бабочек

Эта специфичность поведенческого ответа позволила учёным выяснить его молекулярную основу. С помощью техники CRISPR/Cas9 они "выключили" специфические рецепторные белки в антеннах (усиках) бабочек, важные для обнаружения этих соединений. Было показано, что ионотропный рецептор 8a (IR8a) управляет реакцией избегания экскрементов личинок.

Эксперименты с бабочками, лишёнными белка IR8a, продемонстрировали, что без этого белка они не способны обнаруживать и избегать конспецифичных конкурентов и откладывают яйца в местах, где шансы для их потомства снижены.

Эволюционный контекст и перспективы

Известно, что запах экскрементов личинок привлекает хищников — врагов гусениц. Однако не было известно, что те же экскременты обеспечивают дистанцирование конспецифичных особей, которые в противном случае конкурировали бы за пищу. Таким образом, химический сигнал от экскрементов помогает не только гусеницам, уже питающимся на растении, но и летающим бабочкам: избегая запаха экскрементов, они могут найти лучшую пищу для своего потомства.

Новые генетические инструменты открывают возможности для детального изучения поведения, управляемого запахами, у Manduca sexta и других насекомых-вредителей. Фундаментальные знания, полученные в таких исследованиях, могут помочь лучше подготовиться к сельскохозяйственным вызовам, вызванным изменением климата.