В природе откладывать яйца на апельсины выгодно, потому что паразитоидные осы, питающиеся личинками дрозофилы, избегают цитрусовых. Тот же запах, который привлекает мух, также отпугивает ос. Ученые использовали методы визуализации, чтобы визуализировать активность определенных участков мозга мух, которые стимулировались разными запахами, и они смогли локализовать и идентифицировать рецептор цитрусовых.
Мухи, у которых этот рецептор был отключен, больше не могли отличить апельсины от других фруктов.Для насекомых, откладывающих яйца, выбор лучшего места для откладки яиц имеет решающее значение для выживания яиц и личинок.
После откладывания яиц материнская забота о самках мух прекращается: яйца и личинки отныне отданы на откуп окружающей среде; их диапазон обычно ограничен. Подходящие и достаточные источники пищи для голодных личинок и защита от хищников и паразитов являются важными критериями выбора лучших субстратов для яйцекладки.
Во-первых, Маркус Стенсмир, Билл Ханссон и их коллеги из отдела эволюционной нейроэтологии проверили предпочтительные субстраты для яйцекладки плодовых мушек, позволив насекомым выбирать между различными спелыми фруктами. Они исключили поврежденные фрукты, чтобы убедиться, что запах дрожжей не повлияет на выбор мух (дрожжи — основной источник пищи мух). Анализ поведенческих тестов показал, что самки мух предпочитали откладывать яйца на апельсины. Дальнейшие селекционные эксперименты помогли определить запах, который был решающим фактором для выбора мухами: терпен-лимонен.
Апельсины с недостатком лимонена не привлекали мух. С другой стороны, их сразу привлекли фрукты, заправленные синтетическим лимоненом. Хотя цитрусовые не являются аттрактантом для мух, они вызывают откладывание яиц.
Интересно, что эволюция разделила восприятие запахов на два канала: те, которые направляют мух к источнику пищи, и те, которые вызывают откладывание яиц.Выполнив электрофизиологические измерения, ученые смогли количественно оценить реакцию мух на лимонен, а также локализовать и идентифицировать обонятельные сенсорные нейроны, ответственные за обнаружение цитрусовых.
Впоследствии они проверили реакцию мух на 450 различных запахов. Помимо лимонена, валенсен, еще один компонент цитрусовых, также вызывал сильную реакцию. Валенсен отличает запах апельсинов от запаха лимонов; лимоны менее нравятся мухам из-за их кислотности.
Соединения, которые активировали эти сенсорные нейроны, вызвали откладывание яиц. Получение изображений кальция in vivo мозга мух, стимулированных цитрусовыми, позволило исследователям идентифицировать соответствующий рецептор запаха.
«Удивительно, что сложное поведение, такое как выбор места для откладки яиц, можно разбить на несколько подпрограмм, имеющих такую простую генетическую основу, — говорит Маркус Стенсмир. «Мы были весьма удивлены тем, что, заглушив только этот единственный пахучий рецептор, мухи больше не могли локализовать свой предпочтительный субстрат для откладывания яиц».В природе значительная часть личинок дрозофилы погибает от врагов, в основном паразитоидных ос, откладывающих яйца внутри личинок. Удивительно, что эти осы отталкиваются запахами цитрусовых, хотя цитрусовые должны направлять их к источнику пищи: личинкам дрозофилы. Паразитоидная оса Leptopilina boulardii, которая специализируется на Drosophila melanogaster, отталкивается валенсеном.
В дополнительном эксперименте по выбору осы должны были выбрать личинок из двух субстратов — один с валенсеном, а другой без — и они явно предпочли личинки на субстрате, не содержащем валенсена. Пока неизвестно, почему осы избегают цитрусовых.
Однако несомненно, что самки плодовых мух научились позволять своему потомству расти на цитрусовых, потому что там личинки лучше защищены от паразитов.Эти результаты исследования предоставляют важную информацию о критериях, которые используют насекомые для выбора места для откладки яиц, которое гарантирует улучшенное развитие их потомства. Маркус Стенсмир убежден, что «есть аналогичные процессы у других насекомых и способы манипулирования ими».
Эти идеи могут привести к новым способам борьбы с насекомыми, особенно с теми, которые уничтожают посевы или переносят болезни.