Работа группы Дипы Агаши из Национального центра биологических наук (NCBS), Бангалор, демонстрирует, что этот эффект химически опосредован соединениями из вонючих желез жуков. С помощью команды Радхики Венкатесан, также из NCBS, исследователи далее обнаружили, что соединения, ответственные за это явление — этилбезохинон и метилбензохинон — являются предпочтительным оружием для самок мучных жуков, которые, похоже, участвуют в химической войне, чтобы уменьшить воспроизведение друг друга.Tribolium castaneum или красный мучной жук — всемирный вредитель.
Выносливое насекомое поражает хранимые зерна и зерновые продукты и быстро размножается. Однако выносливость и быстрое размножение — черты, о которых многие сожалеют у вредителей, — делают красного мучного жука идеальным модельным организмом для экологических, генетических и репродуктивных исследований.Хотя теория утверждает, что для большинства организмов соотношение полов взрослых мужчин и женщин 1: 1 является оптимальным, в определенных популяциях и видах существуют различные соотношения полов. Эволюционные последствия таких условий широко изучены; например, самкам выгодно соотношение полов, ориентированное на самцов, если они могут выбирать и спариваться с высококачественным самцом, или, если самка может спариваться с несколькими самцами, чтобы обеспечить высокое генетическое разнообразие в своем выводке.
В качестве альтернативы, в таких условиях принудительное спаривание отчаявшихся самцов могло снизить жизнь самки и ее репродуктивный успех. Однако большинство этих исследований сосредоточено в основном на мужском поведении, и мало что известно о том, как женское поведение, особенно несексуальная конкуренция между женщинами, влияет на влияние соотношения полов на репродуктивный успех.«Мы решили проверить, как взаимодействие между самками и самками может повлиять на репродуктивный успех при различных соотношениях полов, используя T. castaneum», — говорит Дипа Агаше. «Мы создали три типа групп: группы, ориентированные на мужчин, с одной женщиной и тремя мужчинами, группы, ориентированные на женщин, с одним мужчиной и тремя женщинами, и беспристрастные группы, состоящие из трех мужчин и трех женщин», — добавляет она. Жукам давали достаточное количество муки, и самок периодически изолировали от групп на сутки для изолированной откладки яиц, после чего их возвращали в группы.
В ходе этих экспериментов команда Агаши обнаружила, что самки в группах, ориентированных на самцов, неизменно откладывали больше яиц и имели больше выживших потомков, чем самки из любой из двух других групп.«Результаты, которые мы получили, были настолько очевидными и ясными», — говорит Имроз Хан, ведущий автор из группы Агаше. «А потом, когда я однажды работал с жуками, я подумал, не имеет ли резкий запах из ящиков, в которых хранились жуки, какое-либо отношение к эффектам, которые мы наблюдали в наших экспериментах», — добавляет он.«Резкий» запах, о котором упоминает Хан, — это характерный запах, связанный с заражением мучным жуком.
По мере накопления феромонов и других химических веществ, выделяемых жуками, они «кондиционируют» муку, придавая ей характерный аромат. Когда Хан, объединившись с Аруном Пракашем, подвергал только что спарившихся молодых самок жуков воздействию муки, «подготовленной» группами, ориентированными на самки, он обнаружил, что их откладывание яиц уменьшилось.
Однако этого снижения яйценоскости не произошло при использовании «кондиционированной» муки из групп, ориентированных на самцов.Самки жуков, казалось, выделяли в муку что-то, что могло подавить размножение других самок.
Группа Агаше выдвинула гипотезу, что в этой репродуктивной войне предпочтительным оружием были соединения, называемые бензохинонами, которые вонючие железы самок жуков вырабатывают в довольно больших количествах. Однако личность бензохинонов, участвующих в снижении яйценоскости, была неизвестна. В этот момент Агаше и Хан обратились за помощью к Радхике Венкатесан.
«Поскольку моя группа специализируется на выявлении природных химических соединений, мы объединились с лабораторией Дипы и определили метилбензохинон и этилбензохинон в качестве возможных соединений, которые могут повлиять на яйценоскость», — говорит Венкатесан.Теперь группа Агаши начала планировать эксперименты, чтобы проверить, могут ли чистые соединения снижать кладку яиц так же, как мука, «подготовленная» группами, ориентированными на женщин.
Однако здесь исследователи столкнулись с проблемой.«Хотя метилбензохинон легко доступен в продаже, этилбензохинон очень нестабилен, поэтому его нельзя купить. Именно здесь наше сотрудничество с Радхикой было еще более удачным; она синтезировала для нас этилбензохинон в своей лаборатории», — говорит Агаше.
Когда эксперименты, наконец, были проведены, результаты были наиболее удовлетворительными. Добавление этил и метилбезохинона к экстракту вонючей железы в увеличивающихся дозах приводит к подавлению яйцекладки у самок жуков.«Найти химическую причину фундаментального биологического явления довольно редко, но мы сделали это с помощью этой работы.
Теперь мы с нетерпением ждем ответа на целый ряд новых вопросов о том, как эти химические вещества влияют на жуков физиологически», — говорит Агаше.