Как саранча балансирует между притяжением и отталкиванием с помощью обонятельной нейромодуляции

Синергетическое взаимодействие между 4VA и PAN на нескольких уровнях способствует привлечению и агрегации саранчи. Автор: Лаборатория проф. Кан Ле

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

Для перелетной саранчи (Locusta migratoria) эта сложность становится еще более выраженной при высокой плотности популяции. Когда численность резко возрастает, насекомые образуют массивные стаи, одновременно выделяя два ключевых химических сигнала: феромон агрегации 4-виниланизол (4VA) и апосематическое соединение фенилацетонитрил (PAN).

4VA привлекает саранчу для образования стай, в то время как PAN отпугивает сородичей для предотвращения каннибализма и отталкивает потенциальных хищников. Это поднимает важный вопрос: как саранча примиряет конфликтующие модели поведения агрегации и отталкивания, когда обнаруживает оба соединения одновременно?

Чтобы решить эту поведенческую загадку, команда из Института зоологии Китайской академии наук (CAS) под руководством профессора Кан Ле провела исследование и обнаружила, что перелетная саранча достигает тонкого баланса между образованием стаи, защитой от хищников и избеганием каннибализма благодаря точной нейромодуляции этих двух противоположных обонятельных сигналов.

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

Исследователи проанализировали три основных аспекта: динамику высвобождения 4VA и PAN, их различное влияние на поведение саранчи и нейронные механизмы, которые управляют тем, как насекомые воспринимают эти сигналы.

Их эксперименты показали поразительные различия в том, когда и при каких условиях высвобождаются два соединения. Когда саранчу подвергали одинаковой продолжительности скученности, 4VA выделялся при значительно более низкой плотности популяции — всего четыре-пять особей — по сравнению с PAN, который требовал более плотной группы из 16-17 одиночных особей.

Даже при эквивалентной плотности популяции высвобождение 4VA начиналось раньше: его обнаруживали после 24 часов скученности, в то время как эмиссия PAN начиналась только после 48 часов. Однако со временем PAN постепенно становился доминирующим компонентом по мере развития процесса агрегации.

Несмотря на то, что PAN в конечном итоге достигал более высоких уровней эмиссии, чем 4VA, саранча стабильно демонстрировала предпочтение смеси двух соединений, независимо от изменений их относительных пропорций или общих концентраций.

Ключевое наблюдение: добавление увеличивающихся количеств 4VA к PAN могло нейтрализовать репеллентные эффекты PAN. Примечательно, что обратное было неверно — добавление большего количества PAN к 4VA не подавляло аттрактантные свойства 4VA.

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 антеннах, реагирующие на 4VA, активно подавляют активность нейронов, чувствительных к PAN.

Дальнейшее исследование антеннальной доли саранчи — области мозга, обрабатывающей обонятельную информацию — выявило еще одну ключевую деталь: пространственно-временные паттерны ответа проекционных нейронов (PN) на смесь 4VA-PAN были гораздо более похожи на паттерны, вызванные только 4VA, чем только PAN.

Затем исследователи идентифицировали коренную причину этого доминирования: скорость проведения этих проекционных нейронов. В отличие от других нейронных свойств, скорость, с которой эти нейроны передают сигналы, управляет общим привлекательным ответом саранчи на смесь.

Это исследование предлагает новые взгляды на то, как животные принимают поведенческие решения при столкновении с конфликтующими сенсорными входами.

Больше информации: Qiaoqiao Yu et al, Locusts employ neuronal sensory prioritization to reconcile two conflicting olfactory signals while aggregating, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2501490122

Источник: Chinese Academy of Sciences