Новое исследование шелкопряда показало, что способность насекомых воспринимать запахи окружающей среды снизилась примерно после 5000 лет одомашнивания людьми. Ученые из Института химической экологии Макса Планка в Йене, Германия, и их коллеги из Японии сравнили обонятельные функции у Bombyx mori и у их диких предков. Однако восприятие феромона бомбыкола у домашних самцов оставалось очень чувствительным.
Шелк: натуральный продукт на протяжении 5000 лет.Шелкопряд Bombyx mori, родом из Китая, был одомашнен около 5000 лет назад. Его личинки, тутовые шелкопряды, заключают себя в кокон, когда вступают в фазу куколки. Они плетут свой кокон из одной шелковой нити, длина которой составляет несколько сотен метров.
Для производства шелка кокон вместе с куколкой внутри кипятят, а затем распускают шелковую нить. Для шелководства разводят специальных бабочек-размножителей.
После спаривания самки бабочек откладывают несколько сотен яиц, из которых вылупляются новые тутовые шелкопряды.В 1950-х годах Bombyx mori стал модельным организмом в современных исследованиях обоняния.
Половой феромон бомбыкол, выделяемый самками шелкопряда, был первым феромоном насекомых, который был охарактеризован химически. Самцы Bombyx mori очень чувствительны даже к нескольким молекулам аттрактанта самок, а сенсиллы на их антеннах легко доступны для электродов.
Это сделало их идеальной модельной системой для электрофизиологических измерений с целью анализа их обонятельных функций. Еще в 1956 г. у Bombyx mori были зарегистрированы ответы обонятельных рецепторов, так называемые электроантеннограммы.Все еще реагирует на феромоны, но не на запахи окружающей среды
Ученые из отдела эволюционной нейроэтологии Института химической экологии Макса Планка и их сотрудники из Японии обнаружили, что обонятельные функции Bombyx mori в настоящее время значительно нарушены из-за 5000 лет разведения в неволе. Восприятие мотыльком запахов окружающей среды, которые могут привести к его исключительному растению-хозяину, шелковице, значительно уменьшилось. Это было продемонстрировано при сравнении их реакции на стимуляцию запаха с реакцией близкородственных диких видов Bombyx mandarina. Ученые записали электроантеннограммы особей обоих видов, которых стимулировали разными запахами листьев или цветов.
Морфологический анализ показал, что количество сенсилл на усиках самок Bombyx mori значительно снижено по сравнению с многочисленными сенсиллами Bombyx mandarina. Кроме того, исследователи измерили различные паттерны активности в мозге домашнего и дикого шелкопряда с помощью методов визуализации кальция. Эти закономерности сильно различались среди особей одомашненных тутовых шелкопрядов, но в значительной степени оставались неизменными в группе их диких предков, а также у четырех других видов насекомых. По сравнению с дикими мотыльками, домашние тутовые шелкопряды, похоже, менее способны ощущать запахи окружающей среды своими антеннами и обнаруживать растения-хозяева из-за нескольких тысячелетий пребывания в неволе.
Поскольку субстрат для откладки яиц обеспечивается людьми, эта способность стала избыточной. Однако в дикой природе выбор подходящего места для откладки яиц имеет решающее значение для выживания потомства и, таким образом, помогает сохранить вид.С другой стороны, восприятие производимого самками аттрактанта бомбикола у самцов Bombyx mori не ослабевает, хотя больше нет необходимости искать самок, поскольку они представлены самцам заводчиками. Вероятно, потому что бомбыкол не только привлекает самцов, но и вызывает у них брачное поведение, он остался незаменимым для репродуктивного успеха.
Эффекты одомашнивания локализуются на половой хромосоме.В отличие от млекопитающих, семяпочка женского пола определяет пол потомства у мотыльков и бабочек.
По аналогии с XY-хромосомами проводится различие между W- и Z-хромосомами. У мужчин — ZZ, у женщин — WZ-хромосомы. Поскольку оба вида, B. mori и B. mandarina, все еще можно скрещивать, ученые вывели гибриды и использовали их для дальнейших обонятельных экспериментов. "Модификация обонятельной системы Bombyx mori, а именно снижение восприятия запахов окружающей среды, весьма вероятно, вызвана мутациями в женской W-хромосоме.
Однако различия в обработке сигналов в мозге бабочки не связаны с половыми хромосомами, "Соня Биш-Кнаден, первый автор исследования, подводит итоги гибридных экспериментов.Сочетание классических методов записи электроантеннограмм с передовыми методами визуализации для анализа реакции обонятельного центра мозга шелкопряда открывает новые перспективы в обонятельных исследованиях: от молекулы к поведению.