Тропосферный озон помешал бражнику учуять табак

Биологи выяснили, что после реакции с озоном запах табака больше не привлекает бражников, но после однократного обучения насекомые запоминают ассоциацию незнакомого аромата с нектаром. Способности к обучению, правда, ограничены: бражники не смогли запомнить последовательность запахов, зато распознали схожие ароматы. Авторы статьи, опубликованной в журнале Journal of Chemical Ecology, считают, что обучение опылителей может снизить негативный эффект от загрязнения атмосферы окислителями.

Эволюция растений и их опылителей происходит в тесной связи: обоим необходимо, чтобы опылитель мог найти и узнать цветок по запаху, несмотря на неизбежные различия в строении летучих органических веществ даже между популяциями цветов одного вида. Поэтому опылители, во-первых, ориентируются на целые классы веществ, а не на конкретные соединения, которые могут отличаться у разных цветов; во-вторых, умеют учиться: запоминают новые запахи после знакомства с растением, обобщают опыт о разных веществах со схожей структурой и меняют предпочитаемые ароматы.

После индустриальной революции в тропосфере резко возросло содержание озона и других окислителей. Они могут реагировать с двойными связями между атомами углерода в молекулах летучих органических веществ и таким образом менять их структуру и запах. В результате опылители не узнают привычные ароматы и, чтобы успешно находить цветок, им необходимо перестраиваться и учиться новым запах.

Ученые из Германии, Голландии и США под руководством Маркуса Кнадена (Markus Knaden) из Института химической экологии Общества Макса Планка решили выяснить, могут ли табачные бражники (Manduca sexta) распознавать и запоминать запах прореагировавших с озоном органических летучих веществ табака (Nicotiana alata). Запахи, исходящие от табака, смешивали с озоном или воздухом, анализировали с помощью газовой хроматографии и масс-спектрометрии и запускали в камеру с бражниками через две трубочки.

Во второй части эксперимента исследователи обучали бабочек лететь на тот или иной запах: сначала смотрели, какой из двух ароматов (изучаемый или контрольный) бражники предпочитали до обучения, затем к трубочке, из которой шел запах, прикрепляли искусственный цветок со сладким раствором. Бражники могли увидеть цветок, выпить «нектар» из него и запомнить ассоциацию запаха и сладкого цветка.

Озон изменил количество и соотношение нескольких первичных летучих органических веществ в составе запахов и создал несколько вторичных — в итоге изначальный и смешанный с озоном ароматы заметно отличались. Бражники предпочитали искусственные цветки, которые пахли табаком без примеси озона, хотя сам по себе озон не отталкивал и не привлекал насекомых. Однако после обучения бабочки запоминали, что измененный озоном запах табака связан со сладким цветком и летели к трубочке с ним гораздо чаще (p < 0,0001).

Ученые предположили, что бражники могли выучить новый запах не с нуля, а обобщить знания об отличающемся, но схожем неизмененном запахе. Действительно, после обучения с цветками, которые пахли табаком, насекомые активнее реагировали и на смешанный с озоном аромат (p < 0,0001).

Наконец, ученые провели обучение в условиях, более похожих на естественные. Дело в том, что в природе измененный запах не может привести насекомого прямо к цветку: само по себе растение издает неизмененный аромат, и вокруг цветка он остается чистым. Пока вещества реагируют с озоном, аромат успевает рассеяться на некоторое расстояние. Чтобы сымитировать эту ситуацию, исследователи обучали бабочек запоминать последовательность из двух запахов: сначала из трубочки вылетал нейтральный запах (линалоол), но когда бражник подлетал на 20 сантиметров к искусственному цветку, аромат меняли на привлекательный (2-фенилэтанол).

Бражники не запомнили последовательность запахов и после обучения не считали запах линалоола привлекательным. Так что, вероятно, бабочки запоминают не новый запах сам по себе, а узнают его после знакомства с уже похожим и находят цветок по градиенту схожих ароматов.

Способность к обучению может помогать насекомым и опыляемым растениям в условиях возрастающей концентрации тропосферных окислителей. Однако у разных видов насекомых способности к обучению отличаются, и в целом загрязнение воздуха все же представляет серьезную опасность для опылителей, а также может быть одной из причин глобального снижения численности насекомых.

По запаху могут находить пищу не только насекомые-опылители. Ранее, например, Маркус Кнаден со своим коллегой выяснил, что муравьи могут ассоциировать различные запахи с пищей и запоминают такие ассоциации на всю жизнь.

Алиса Бахарева