Технологии в мире животных: бабочки как сверхчувствительный сенсор запахов и вкусов

^{Кто способен почувствовать сотню молекул вещества в кубическом метре воздуха, тот — бабочка}

Природа — весьма изобретательный и умелый инженер. Каждое живое существо уникально и удивительно. Одно из таких существ — бабочка. Некоторые виды бабочек — идеальные органы химического чувства, ведь обоняние и вкус у них если не совершенны, то близки к этому.

Почему и запахи, и вкус рассматриваем в рамках одной статьи? Дело в том, что оба чувства базируются на хеморецепторах. Только обоняние — это определение наличия определенных веществ в воздухе, а вкус — то же самое, только во влажной среде. У бабочек обоняние работает благодаря антеннам, а вкус — благодаря ротовым органам.

У большей части насекомых за обоняние отвечают так называемые обонятельные сенсиллы. Их форма чаще всего коническая. Располагаются сенсиллы, как уже говорилось выше, на усиках. Чем больше сенсилл, тем насекомое более чувствительно к запахам.

Например, у пчел на антеннах располагается около 6000 сенсилл. У других насекомых их может быть больше. У некоторых видов бабочек количество сенсилл на одной антенне достигает нескольких тысяч. А у такого вида, как Antheraea polirhemus, количество сенсилл превышает 60 000.

^{Электронная микрофотография участка антенны кукурузной совки (Helicoverpa zea Boddie) с трихоидными сенсиллами (по Lee, Baker, 2008). Источник}

Сенсиллы связаны со специализированными группами нейронов. В каждой группе их несколько десятков. Сенсиллы — пористые, они играют роль уловителей молекул химических веществ. Те, попадая в поры, взаимодействуют с отростками нейронов, которые, в свою очередь, отправляют электрический сигнал в нервную систему. Это и является определением запаха.

^{Схема строения тонкостенной хеморецепторной сенсиллы насекомого (по Gullan, Cranston, 2005):
1 — дендриты; 2 — пора; 3 — поровые трубочки; 4 — полость кутикулярного отдела сенсиллы, заполненная рецепторной жидкостью; 5 — кутикула; 6 — гиподермальная клетка; 7 — ресничный синус; 8 — текогенная клетка; 9 — трихогенная клетка; 10 — тормогенная клетка; 11 — шванновская клетка; 12 — сенсорные нейроны; 13 — аксоны; 14 — сколопоидная оболочка.}

Многие знают, что самцы бабочек, особенно ночных, имеют гребенчатые антенны и чувствуют наличие самки за многие километры. Все благодаря огромному количеству сенсилл. Самки испускают феромоны, а самцы их улавливают и слетаются к источнику. Соответственно, наследство могут оставить те, у кого самое чувствительное обоняние (ну или кто по счастливой случайности оказался ближе всех, что тоже логично).

Энтомологи неоднократно проводили эксперименты с сатурниями. Так, выпущенные из окна движущегося поезда на разных интервалах самцы бабочек были способны вернуться к самке, находившейся от них на расстоянии вплоть до 12 км. Самцы были помечены, и около 26% из них смогли найти предмет своего обожания с расстояния в 11 км.

Известно, что самцы бабочек способны уловить молекулы феромонов самок, находясь за 3-6 км от них. Такой вид, как грушевая сатурния (павлиноглазка грушевая), способна на еще более впечатляющие гендерные подвиги, чувствуя наличие самки за 10 км. На текущий момент грушевая сатурния занимает первое место в списке «живых детекторов запахов» среди насекомых. Самцам тутового шелкопряда хватает 100 молекул феромона на 1м³ для того, чтобы обнаружить самку.

Прочие насекомые, конечно, тоже чувствуют запахи. Так, растительноядные членистоногие определяют подходящие им растения как раз по запаху. Иногда может показаться, что такое насекомое просто блуждает в поисках еды, но это не так — оно идет к своей цели, пусть и не по прямой.

Свою пищу определяют по запаху жуки-падальщики, мухи, комары и прочие радующие нас насекомые. Давно известно, что большинство общественных насекомых тоже идентифицируют «своих» по запаху. Если в колонию случайно попадает чужак того же вида, его отгоняют либо убивают. Ну а что, он пахнет не так, как положено.

Здесь тоже все в порядке — насекомые являются почти идеальными детекторами наличия разнообразных химических веществ в жидкостях и твердых веществах. Притом органы вкуса у них располагаются в ротовых органах, на антеннах, передних лапках (привет тем же бабочкам) или даже яйцекладе. Правда, в последнем случае речь идет не совсем о вкусе, а о химических характеристиках субстрата, в которых будут отложены яйца.

Что касается бабочек, то когда они прикасаются передними лапками к сладкому веществу, их хоботок тут же реагирует. Кстати, «ногами» бабочки чувствуют гораздо меньшие концентрации веществ, чем человек, — они примерно в 2000 раз чувствительнее. Ученые определили, что представители Lepidoptera способны отличать разные вещества друг от друга, включая очень слабые растворы хинина, сахарозы и т.п.

В основе вкусовых детекторов — все те же сенсиллы, природа решила не изобретать велосипед заново. Только в этом случае сенсиллы — толстостенные, а у основания каждой расположено не несколько десятков, а 3-5 нейронов. В редких случаях их количество достигает 50 — это у единиц видов-дегустаторов. Принцип работы здесь все тот же: через поры химическое вещество проникает к верхней части нейрона и взаимодействует с ним.

Интересно, что во многих случаях нейроны, которые находятся у основания вкусовых сенсилл, узкоспециализированы. Пример — муха Phormiaregina, у которой группы нейронов состоят всего из трех элементов. Но зато один нейрон — осязательный, второй — определяет сладкий вкус, атретий — соленый. Все, что нужно мухе, — сладкая пища, так что больше вкусов ей определять и не нужно.

А вот у других насекомых, например, пчел, нейроны более функциональны. Они могут определять все вкусы — как сладкий и соленый, так и кислый или горький. Чувствительность большинства насекомых ко вкусам примерно такая же или чуть выше или ниже, чем у людей. Отличились здесь все те же бабочки.

Нет, они еще способны различать инфракрасное излучение и слышать ультразвук. Что касается первой способности, то она дает им возможность находить цветы в полной темноте или определять партнера.

А вот ультразвук — вынужденный эволюционный инструмент. «Ультразвуковой эхолот» дает возможность бабочкам избегать летучих мышей, слыша издаваемые теми звуки. Кроме того, некоторые бабочки каким-то образом используют эхолокацию для ориентации в пространстве. Насколько можно понять, они не излучают ультразвук, а ориентируются по отраженным звукам. Такая способность дает им возможность избегать препятствий.