Тропосферний озон завадив бражнику відчути тютюн

Біологи з'ясували, що після реакції з озоном запах тютюну більше не приваблює бражників, але після одноразового навчання комахи запам'ятовують асоціацію незнайомого аромату з нектаром. Здібності до навчання, правда, обмежені: бражники не змогли запам'ятати послідовність запахів, зате розпізнали схожі аромати. Автори статті, опублікованої в журналі, вважають, що навчання запилювачів може знизити негативний ефект від забруднення атмосфери окислювачами.

Еволюція рослин і їх запилювачів відбувається в тісному зв'язку: обом необхідно, щоб запилювач міг знайти і дізнатися квітку за запахом, незважаючи на неминучі відмінності в будові летючих органічних речовин навіть між популяціями кольорів одного виду. Тому запилювачі, по-перше, орієнтуються на цілі класи речовин, а не на конкретні сполуки, які можуть відрізнятися біля різних кольорів; по-друге, вміють вчитися: запам'ятовують нові запахи після знайомства з рослиною, узагальнюють досвід про різні речовини зі схожою структурою і змінюють вподобані аромати.

Після індустріальної революції в тропосфері різко зріс вміст озону та інших окислювачів. Вони можуть реагувати з подвійними зв'язками між атомами вуглецю в молекулах летючих органічних речовин і таким чином змінювати їх структуру і запах. В результаті запилювачі не впізнають звичні аромати і, щоб успішно знаходити квітку, їм необхідно перебудовуватися і вчитися новим запах.

Вчені з Німеччини, Голландії та США під керівництвом Маркуса Кнадена (Markus Knaden) з Інституту хімічної екології Товариства Макса Планка вирішили з'ясувати, чи можуть тютюнові бражники () розпізнавати і запам'ятовувати запах органічних летючих речовин тютюну (). Запахи, що виходять від тютюну, змішували з озоном або повітрям, аналізували за допомогою газової хроматографії та мас-спектрометрії і запускали в камеру з бражниками через дві трубочки.

У другій частині експерименту дослідники навчали метеликів летіти на той чи інший запах: спочатку дивилися, який з двох ароматів (вивчається або контрольний) бражники воліли до навчання, потім до трубочки, з якої йшов запах, прикріплювали штучну квітку з солодким розчином. Бражники могли побачити квітку, випити «нектар» з неї і запам'ятати асоціацію запаху і солодкої квітки.

Озон змінив кількість і співвідношення декількох первинних летючих органічних речовин у складі запахів і створив кілька вторинних - у підсумку початковий і змішаний з озоном аромати помітно відрізнялися. Бражники воліли штучні квітки, які пахли тютюном без домішки озону, хоча сам по собі озон не відштовхував і не залучав комах. Однак після навчання метелики запам'ятовували, що змінений озоном запах тютюну пов'язаний з солодкою квіткою і летіли до трубочки з ним набагато частіше (p < 0,0001).

Вчені припустили, що бражники могли вивчити новий запах не з нуля, а узагальнити знання про те, що відрізняється, але схожий незмінений запах. Дійсно, після навчання з квітками, які пахли тютюном, комахи активніше реагували і на змішаний з озоном аромат (p < 0,0001).

Нарешті, вчені провели навчання в умовах, більш схожих на природні. Справа в тому, що в природі змінений запах не може привести комаху прямо до квітки: сама по собі рослина видає незмінений аромат, і навколо квітки вона залишається чистою. Поки речовини реагують з озоном, аромат встигає розсіятися на деяку відстань. Щоб зімітувати цю ситуацію, дослідники навчали метеликів запам'ятовувати послідовність з двох запахів: спочатку з трубочки вилітав нейтральний запах (ліналоол), але коли бражник підлітав на 20 сантиметрів до штучної квітки, аромат міняли на привабливий (2-фенілетанол).

Бражники не запам'ятали послідовність запахів і після навчання не вважали запах ліналоола привабливим. Так що, ймовірно, метелики запам'ятовують не новий запах сам по собі, а дізнаються його після знайомства з уже схожим і знаходять квітку за градієнтом схожих ароматів.

Здатність до навчання може допомагати комахам і досвідченою рослиною в умовах зростаючої концентрації тропосферних окислювачів. Однак у різних видів комах здатності до навчання відрізняються, і в цілому забруднення повітря все ж становить серйозну небезпеку для запилювачів, а також може бути однією з причин глобального зниження чисельності комах.

За запахом можуть знаходити їжу не тільки комахи-запилювачі. Раніше, наприклад, Маркус Кнаден зі своїм колегою з'ясував, що мурахи можуть асоціювати різні запахи з їжею і запам'ятовують такі асоціації на все життя.