Запах распускающихся цветов и свежей зелени — это не просто приятное весеннее дополнение; это ключевой фактор выживания и эволюции бабочек и мотыльков. Новое исследование, проведенное учеными из Университета штата Пенсильвания, показывает, как суточные циклы запахов растений связаны с пищевыми привычками и эволюцией крылатых насекомых, известных как чешуекрылые (Lepidoptera).
В исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the Royal Society B, международная группа исследователей проверила гипотезу о том, почему некоторые чешуекрылые имеют очень специфический рацион и питаются только несколькими видами растений, в то время как другие гораздо менее разборчивы.
Новая идея, получившая название «Гипотеза приятного аромата», предполагает, что запахи, которые выделяют растения, играют решающую роль в определении того, насколько специализированным становится рацион бабочки или мотылька. Исследователи пришли к выводу, что наличие большего количества ароматов растений в дневное время предоставляет дневным насекомым много химической информации для поиска и специализации на определенных растениях-хозяевах, в то время как уменьшение количества запахов растений в ночное время означает, что ночные насекомые должны довольствоваться тем, что есть.
«Эта идея позволяет по-новому взглянуть на то, почему одни бабочки и мотыльки являются привередливыми едоками, а другие — нет», — говорит По-Ан Лин, доцент Национального университета Тайваня. «Это также подчеркивает критическую роль растительных летучих веществ, или запахов, в формировании взаимодействия насекомых с растениями и эволюционных адаптаций».
Чтобы определить, мог ли запах растений повлиять на адаптацию, исследователи изучили основные органы обоняния насекомых — усики — и сравнили размер усиков у 582 экземпляров 94 видов бабочек и мотыльков. Было обнаружено, что самки, активные днем, имеют более крупные усики по отношению к размеру тела, чем те, которые питаются ночью.
Это может свидетельствовать о том, что наличие лучшего «нюхательного» оборудования полезнее, когда есть больше запахов для обнаружения. Аналогично, самки специализированных видов Lepidoptera — тех, которые питаются только несколькими видами растений — часто имеют более крупные усики, чем самки «универсалов», возможно, потому, что они должны очень хорошо улавливать специфические ароматы растений-хозяев.
«Связь между размером усиков и широтой распространения растений-хозяев была очень сильной», — сказал Фелтон. «Большие размеры усиков ассоциируются с большим количеством сенсилл — сенсорных структур, участвующих в обонянии, — что увеличивает площадь поверхности сенсорных рецепторов. Это может быть ключевой адаптацией для того, чтобы некоторые виды чешуекрылых могли питаться ограниченным набором растений».
Полученные результаты указывают на потенциальную связь между доступностью растительных ароматов в течение дня и эволюционными изменениями обонятельных структур у насекомых, особенно у самок, которые участвуют в выборе растений-хозяев и откладывают яйца. «Это захватывающий пример того, как растения, благодаря своим химическим выделениям, сыграли непосредственную роль в эволюции насекомых, которые на них полагаются», — пояснил Фелтон.
Сначала ученые провели анализ существующей научной литературы, чтобы подтвердить, что растения обычно выделяют больше разнообразных и обильных летучих органических соединений, или ароматов, днем по сравнению с ночью. Затем они изучили семейство Lepidoptera, чтобы проанализировать взаимосвязь между характером активности насекомых — дневной или ночной — и предпочитаемыми ими растениями.
Исследователи обнаружили, что дневные насекомые, такие как бабочки-монархи, имеют больше возможностей и более специализированные органы для обнаружения растительных ароматов и, как следствие, эволюционировали как «разборчивые едоки». С другой стороны, ночные виды, такие как моль-пестрянка, сталкиваются с меньшим количеством и разнообразием растительных ароматов. При малом количестве доступной химической информации им труднее быть избирательными, что может привести к более широкому рациону.
«Травоядные насекомые, такие как бабочки и мотыльки, должны находить подходящие растения для питания и, в случае самок, для откладывания яиц», — говорит Лин. «Это очень важное решение, потому что выживание гусениц полностью зависит от выбранного растения. В отличие от людей, которые питаются разнообразной пищей, чтобы оставаться здоровыми, многие травоядные насекомые специализируются на питании только несколькими видами растений».
[Фото: Nick Sloff / Penn State]
