Новости

Jun 12, 2023

Геосмин подавляет защитное поведение и вызывает необычные нервные реакции у медоносных пчел.

Научные отчеты, том 13,

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3851 (2023) Цитировать эту статью

1019 доступов

8 Альтметрика

Подробности о метриках

Геосмин – это ароматизатор, вырабатываемый бактериями во влажной почве. Было обнаружено, что это чрезвычайно важно для некоторых насекомых, но причины этого еще до конца не изучены. Здесь мы сообщаем о первых испытаниях воздействия геосмина на медоносных пчел. Анализ на жало показал, что защитное поведение, вызванное компонентом тревожного феромона пчелы изоамилацетатом (IAA), сильно подавляется геосмином. Удивительно, однако, что подавление присутствует только при очень низких концентрациях геосмина и исчезает при более высоких концентрациях. Мы исследовали основные механизмы на уровне нейронов обонятельных рецепторов с помощью электроантенографии, обнаружив, что ответы на смеси геосмина и ИУК ниже, чем на чистую ИУК, что позволяет предположить взаимодействие обоих соединений на уровне обонятельных рецепторов. Визуализация кальция в антеннальной доле (AL) показала, что реакция нейронов на геосмин снижается с увеличением концентрации, что хорошо коррелирует с наблюдаемым поведением. Компьютерное моделирование трансдукции и кодирования запаха в AL позволяет предположить, что более широкая активация типов обонятельных рецепторов геосмином в сочетании с латеральным торможением может приводить к наблюдаемым немонотонным возрастающим-снижающимся ответам на геосмин и тем самым лежат в основе специфичности поведенческой реакции на геосмин. низкие концентрации геосмина.

Геосмин представляет собой заплесневелое соединение с запахом земли, продуцируемое множеством микроорганизмов из разных кладов, таких как цианобактерии, актинобактерии (например, Streptomyces sp.), простейшие, плесень и грибы1,2. Актинобактерии (включая Streptomyces) широко распространены в гнездах перепончатокрылых, которые они, вероятно, защищают от патогенов благодаря естественному производству антибиотиков3,4,5. Недавнее исследование показало, что королевы огненных муравьев (Solenopsis invicta) предпочитают создавать новые гнезда в почве, богатой актинобактериями. Это притяжение частично было опосредовано геосмином и привело к более высокой выживаемости королевы6. Геосмин также экологически важен для других насекомых, таких как уксусная муха Drosophila melanogaster и комар Aedes aegypti. Однако у этих видов это вызывает совершенно разные реакции. Геосмин вызывает у D. melanogaster сильное отвращение даже в присутствии привлекательных соединений7,8. Это может быть сделано для того, чтобы избежать откладки яиц на заплесневелых, неподходящих фруктах8 или для обеспечения лучшего контраста с упавшими спелыми плодами, что сделает поиск более эффективным9. В Ае. aegypti, напротив, геосмин является сильным аттрактантом10. Вероятно, это связано с тем, что это сигнализирует о наличии влажной почвы, в которую можно откладывать яйца. Действительно, геосмин также известен как один из основных компонентов петрикора, «запаха влажной почвы»2.

В первом мозговом центре насекомых, обрабатывающем обоняние, в антеннальной доле (AL), большинство запахов вызывают комбинаторный паттерн клубочковых реакций11,12. Однако некоторые запахи, часто имеющие высокую биологическую значимость (например, половые феромоны), активируют только один клубочек. Когда этот ответ независимо обрабатывается и в высших центрах мозга, что приводит к стереотипным поведенческим реакциям, эта цепь называется маркированной линией12. Геосмин — одно из очень немногих соединений, которые активируют только один клубочек у D. melanogaster и Ae. Комары Aegypti8,10. У мух его обработка дополнительно функционально разделена в высших мозговых центрах, где он имеет приоритет над другими обонятельными сигналами, чтобы вызвать поведение избегания8.

Несмотря на экологическую значимость геосмина для многих видов насекомых, поведенческие и физиологические реакции на этот запах ранее не исследовались у медоносных пчел Apis mellifera. Здесь мы предоставляем первые данные для решения этого вопроса. Эта работа была мотивирована вопросом о том, может ли геосмин, который является обонятельным сигналом о приближающемся летнем дожде для людей, также быть индикатором погоды для медоносных пчел13. Если это так, то он должен модулировать поведение пчел, поскольку сообщалось о погодно-зависимых воздействиях на широкий спектр поведения пчел, в том числе и на деятельность в улье14. Поведенческие изменения собирателей, похоже, даже предвосхищают изменения погоды15.