Самки мотыльков полагаются не только на зрение или обоняние. Они также могут слышать растения, испытывающие стресс. Ученые обнаружили, что эти насекомые обнаруживают ультразвуковые щелчки от растений, страдающих от засухи, и используют их при выборе мест для откладки яиц. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.
Растения издают ультразвуковые сигналы, распространяющиеся по воздуху, когда испытывают стресс. Эти вибрации, которые ранее считались необнаружимыми для животных, могут распространяться по воздуху. Египетская хлопковая моль (Spodoptera littoralis) слышит эти звуки.
У этого вида барабанные перепонки чувствительны к диапазону от 20 до 60 кГц, с пиковой чувствительностью около 38 кГц. Именно в этом диапазоне находятся многие щелчки растений.
Исследователи предположили, что самки бабочек могут использовать эти звуки растений, чтобы решить, где отложить яйца. Их эксперименты подтвердили это.
У растений нет рта или ушей, но они определенно умеют говорить и слушать. Через корни, листья и даже воздух они обмениваются химическими сигналами, чтобы предупредить друг друга об опасности, позвать на помощь или поделиться ресурсами.
Например, когда гусеница откусывает лист, некоторые растения выделяют летучие соединения, которые доносятся до соседних растений, вызывая защитные реакции, такие как выделение горьких веществ или огрубение листьев.
Под землей грибы образуют обширные микоризные сети – часто называемые «лесной паутиной» – которые помогают деревьям и растениям обмениваться питательными веществами, посылать сигналы бедствия и поддерживать баланс экосистемы.
Удивительно, насколько всё это кажется преднамеренным. Некоторые растения выделяют вещества, вызывающие стресс, только когда рядом находятся их сородичи, что говорит об определённом уровне родственного распознавания.
Другие способны отличать друга от врага по запаху выделений другого растения. Это не просто выживание – это сообщество.
Исследование включало в себя множество экспериментов с точно настроенными параметрами. В условиях отсутствия растений мотыльки предпочитали откладывать яйца рядом с динамиком, воспроизводящим записанные звуки стресса растений.
Когда этих мотыльков оглушили, предпочтение исчезло. Это доказало, что реакция была вызвана слухом, а не другими сигналами.
Напротив, когда добавляли здоровые растения и воспроизводили те же звуки рядом с одним из них, мотыльки выбирали тихое растение. Это указывало на то, что при наличии настоящих растений мотыльки правильно интерпретировали звуки как предупреждения.
«После того, как в предыдущем исследовании было доказано, что растения издают звуки, мы предположили, что животные, способные слышать эти высокочастотные звуки, могут реагировать на них и принимать соответствующие решения», — сказал соавтор исследования профессор Йосси Йовель из Тель-Авивского университета. «В частности, нам известно, что многие насекомые, имеющие разнообразные взаимодействия с растительным миром, способны воспринимать звуки растений. Мы хотели выяснить, действительно ли такие насекомые обнаруживают эти звуки и реагируют на них».
В более длинных аренах бабочки откладывали больше яиц либо возле кормушки с сахаром в центре, либо возле звукоизлучающего динамика на одном конце. Они не откладывали яиц возле бесшумного резистора на другом конце.
Эти результаты были одинаковыми при различных частотах щелчков и настройках. При отслеживании бабочки проводили больше времени на стороне, где слышны звуки растений, прежде чем принять решение.
Несмотря на то, что брачные звуки самцов мотыльков находились в схожем частотном диапазоне, самки не проявляли предпочтения при откладывании яиц на сторону самцов. Это подтвердило, что данная реакция была специфична для звуков растений.
«Мы решили сосредоточиться на самках бабочек, которые обычно откладывают яйца на растениях, чтобы личинки могли питаться ими после вылупления. Мы предположили, что самки ищут оптимальное место для откладки яиц — здоровое растение, которое может должным образом питать личинок», — сказала соавтор исследования профессор Лилах Хадани. «Таким образом, когда растение сигнализирует о том, что оно обезвожено и находится в состоянии стресса, прислушаются ли мотыльки к предупреждению и избегут ли откладывания яиц на нем? Чтобы исследовать этот вопрос, мы провели несколько экспериментов».
В отсутствие видимого растения единственным сигналом становится звук. Поэтому мотыльки связывают его с наличием растения. Но когда они видят или чувствуют запах настоящих растений, и одно из них издает раздражающие звуки, они избегают его. Это демонстрирует процесс принятия решений, основанный на контексте.
Исследователи также протестировали усики мотыльков. Используя электроантеннограммы, они обнаружили существенные различия в обнаружении запахов между высыхающими и увлажненными растениями. Это показывает, что мотыльки интегрируют звук и запах.
В реальных условиях выращивания томатов частота щелчков достигает примерно 20 в минуту. В экспериментах звуки воспроизводились с частотой от 30 до 60 щелчков в минуту.
Это имитировало звуки, которые может слышать мотылёк вблизи растений, испытывающих стресс. Использованные уровни звука соответствовали уровням, измеренным в живых растениях.
Это исследование показывает, что звуки растений могут направлять поведение насекомых. Мотыльки, возможно, полагаются не только на обоняние или осязание. Вместо этого они интерпретируют ультразвуковые сигналы. Исследователи считают, что другие животные, возможно, опылители или хищники, также могут использовать эти звуки.
Хотя щелчки растений, вероятно, возникли как побочный продукт потери воды, теперь они служат полезными сигналами. Ученые предсказывают новые открытия в этой области.
«В этом исследовании мы впервые обнаружили доказательства акустического взаимодействия между растением и насекомым. Однако мы убеждены, что это только начало», — отметили исследователи. «Акустическое взаимодействие между растениями и животными, несомненно, имеет множество форм и широкий спектр функций. Это обширная, неизведанная область – целый мир, ожидающий своего открытия».
