Голодные шмели покусали растения и заставили их цвести раньше срока
Когда земляным шмелям Bombus terrestris не хватает основного корма — пыльцы, они делают дыры в листьях растений, чтобы те зацветали быстрее, сообщается в Science. В ряде случаев раскрытие бутонов удается ускорить на 30 дней. При этом повреждения, которые наносят растениям люди, оказывают очень слабый эффект. Механизм воздействия шмелиных проколов на цветение пока неясен, но, скорее всего, они в конечном счете полезны для самих растений.
Земляной шмель — крупное социальное перепончатокрылое, близкий родственник медоносных пчел. Как и другие настоящие пчелы (так называется семейство, куда входят названные насекомые), он образует колонии, в которых больше всего рабочих особей — бесплодных самок, главное занятие которых — сбор пыльцы. Земляные шмели распространены в Европе, весной одними из первых среди насекомых-опылителей выходят из спячки. Если они появляются на поверхности (а зимуют они под землей) раньше, чем зацветают нужные им растения, еды не хватает. Следовательно, у шмелей должны быть способы выдерживать нехватку питательных веществ или активно бороться с ней.
Если растения зацветут очень поздно, может так получиться, что шмели погибнут от голода. Тогда переносить пыльцу с цветка на цветок будет некому, и полового размножения не произойдет. С этой точки зрения тем, кого B. terrestris опыляют, выгодно синхронизировать свое цветение с вылетом насекомых. Поэтому энтомологи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха во главе с Консуэло де Мораэс (Consuelo M. De Moraes) предположили, что земляные шмели способны влиять на состояние растений, с которых они обычно собирают пыльцу. Чтобы проверить это, ученые понаблюдали за тем, что делают земляные шмели, если нужные им виды долго не зацветают.
Для этого исследователи на сутки оставляли в одном помещении с насекомыми из разных лабораторных колоний экземпляры томатов, баклажанов, капусты и паслена лохолистного без цветков. Каждый день горшки с растениями заменяли. Процедуру повторяли в течение двух недель, при этом в конце первой недели насекомых меняли, чтобы они не погибли от голода. Время зацветания экспериментальных растений сравнивали со временем для экземпляров того же возраста из контрольных групп, которые не контактировали со шмелями.
Выяснилось, что шмели, которые на несколько дней остались без пыльцы, часто прокалывают в листьях отверстия определенной формы, по 5–10 на лист. При этом насекомые не едят ткань листьев на месте и не относят ее в колонию. Экземпляры, поврежденные шмелями, зацветают на 16–30 дней раньше, чем растения с цельными листьями. Экспериментаторы также попробовали сами имитировать проколы, нанесенные насекомыми. В этом случае эффект оказался слабее. Растения, поврежденные человеком, зацветали в среднем на 4–5 дней раньше контрольных. Вероятно, что шмели вносят в ранки на листьях какие-то вещества, которые ускоряют цветение, но биохимические опыты, которые позволили бы это проверить, не ставили.
Кроме лабораторных экспериментов энтомологи провели серию испытаний в условиях, максимально приближенных к натуральным. Они выставили на двух крышах гнезда шмелей, а перед ними — растения без цветков, а также по 100 цветущих растений, чтобы у насекомых была пища. В этой ситуации шмели были свободны в поиске еды и добывали ее из разных источников, но при этом все равно прокалывали листья растений, чье цветение запаздывало. Интересно, что на экспериментальные площадки кроме Bombus terrestris прилетали и другие виды шмелей, и по крайней мере два из них, каменный (Bombus lapidarius) и норовой (Bombus lucorum), тоже повреждали растения без цветков. Значит, такое поведение почти наверняка проявляется и в дикой природе.
Примеры того, как шмели изменяют состояние и судьбу растений, были известны и раньше. В 2017 году исследователи из Университета Цюриха показали, что если горчицу опыляют только шмели, она уже за 9 поколений становится существенно выше, а ее цветки выделяют больше летучих органических веществ. Справедливости ради, опыление другими насекомыми тоже меняет растения: если подпускать к горчице только мух-журчалок, ее цветки за те же 9 поколений становятся менее пахучими и в них чаще происходит самоопыление.
Светлана Ястребова
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.