Как мигрирующие саранчи балансируют между агрегированием и отталкиванием с помощью обонятельной нейронной модуляции

от

В природе животные полагаются на восприятие различных сигналов для выживания, и для насекомых особенно важны обонятельные сигналы. Эти запахи направляют их к жизненно важным ресурсам, таким как партнёры, пища и места для откладывания яиц. Однако они также включают в себя смесь аттрактантов и репеллентов, создавая сложный сенсорный ландшафт для навигации.

Сложность при высокой плотности популяции

Для мигрирующей саранчи (Locusta migratoria) эта сложность становится ещё более выраженной при высокой плотности популяции. Когда численность насекомых резко возрастает, они образуют огромные стаи, выделяя при этом два ключевых химических сигнала: агрегирующий феромон 4-винил-анизол (4VA) и апосематический соединение фенилацетонитрил (PAN).

4VA объединяет саранчу в стаи, в то время как PAN отпугивает других особей, предотвращая каннибализм, и одновременно отпугивает потенциальных хищников. Возникает критический вопрос: как саранча уравновешивает противоречивое поведение — агрегирование и отталкивание — когда они обнаруживают оба соединения одновременно?

Исследование китайских учёных

Чтобы решить эту поведенческую головоломку, группа учёных из Института зоологии Китайской академии наук (CAS) под руководством профессора Кан Ле провела исследование и обнаружила, что мигрирующие саранчи достигают тонкого баланса между формированием стаи, защитой от хищников и предотвращением каннибализма посредством точной нейронной модуляции этих двух противоположных обонятельных сигналов.

Их выводы опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследователи проанализировали три основных аспекта: динамику выделения 4VA и PAN, их различное влияние на поведение саранчи и нервные механизмы, управляющие восприятием этих сигналов насекомыми.

Экспериментальные результаты

Эксперименты показали поразительные различия в том, когда и при каких условиях выделяются два соединения. Когда саранчу помещали в одинаковые условия скученности, 4VA выделялся при значительно меньшей плотности популяции — всего четыре-пять особей — по сравнению с PAN, для которого требовалась более плотная группа из 16–17 одиночных особей.

Даже при одинаковой плотности популяции выделение 4VA начиналось раньше: его обнаруживали через 24 часа скученности, в то время как выделение PAN начиналось только через 48 часов. Со временем PAN постепенно становился доминирующим компонентом по мере развития процесса агрегирования.

Несмотря на то что PAN в конечном итоге достигал более высокого уровня выделения, чем 4VA, саранча последовательно демонстрировала предпочтение смеси двух соединений, независимо от изменений их относительных пропорций или общих концентраций.

Ключевое наблюдение: добавление увеличивающегося количества 4VA к PAN могло нейтрализовать репеллентные эффекты PAN. Примечательно, что обратное было неверным — добавление большего количества PAN к 4VA не подавляло привлекающие свойства 4VA.

Нейронные механизмы

Чтобы понять, почему 4VA доминирует в поведенческом ответе саранчи на смесь, команда измерила электрофизиологическую активность в антеннах насекомых — основном органе обонятельного обнаружения. Они обнаружили, что нейроны в антенне, реагирующие на 4VA, активно подавляют активность нейронов, чувствительных к PAN.

Дальнейшее исследование антеннальной доли саранчи — области мозга, которая обрабатывает обонятельную информацию, — выявило ещё одну важную деталь: пространственно-временные модели ответа проекционных нейронов (PNs) на смесь 4VA-PAN были гораздо более похожи на модели, запускаемые 4VA в одиночку, чем на модели, запускаемые PAN в одиночку.

Исследователи определили коренную причину этого доминирования: скорость передачи сигналов проекционными нейронами. В отличие от других нервных свойств, скорость, с которой эти нейроны передают сигналы, определяет общий привлекательный ответ саранчи на смесь.

Это исследование предлагает новое понимание того, как животные принимают поведенческие решения, когда сталкиваются с противоречивыми сенсорными сигналами.

Предоставлено Китайской академией наук.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте