Популяція комах «різко» скорочується в усьому світі

Комахи відіграють важливу роль у харчових ланцюгах і запиленні. За останні 20 років їхні популяції різко скоротилися через стрімкі зміни клімату. У нещодавньому дослідженні вчені отримали нові уявлення про те, як певні види мух адаптуються до температурних змін. Дослідники з Північно-Західного університету вивчили два види, що живуть у різних кліматичних умовах: один із високогірних лісів Північної Каліфорнії, а інший – із гарячих пустель південного заходу США.

Результати показують ключові відмінності у тому, як ці мухи відчувають і реагують на тепло. Дослідження припускає, що зміни в мозкових нейронних зв’язках та чутливості до температури впливають на те, чи віддає муха перевагу теплим або прохолодним умовам. Це дослідження може допомогти передбачити, як зміни клімату впливатимуть на поширення та поведінку комах. Маленькі холоднокровні тварини, такі як мухи, покладаються на навколишнє середовище для регулювання температури свого тіла. Їхні реакції на зміни температури дають цінну інформацію про ширші наслідки зміни клімату.

Як мухи адаптуються до температури

Вчені виявили, що мухи з прохолодних лісів уникають спеки через молекулярні теплові рецептори в антенах. Натомість пустельні мухи тяжіють до тепла, що пов’язано зі змінами в нейронних зв’язках їхнього мозку. Ці адаптації, ймовірно, розвивалися мільйонами років у міру пристосування кожного виду до свого середовища. Дослідження допомагає зрозуміти, як тварини формують переваги щодо певних температурних умов. Це розуміння може допомогти прогнозувати поведінку комах у світі, що швидко змінюється.

Обмежені дані про комах і зміну клімату

«Комахи особливо вразливі до зміни клімату», — сказав нейробіолог Марко Галліо з Північно-Західного університету. «Поведінка — це перший зв’язок між твариною і її середовищем. Ще до боротьби за виживання або загибель тварини можуть реагувати на зміну клімату шляхом міграції або зміни ареалу проживання». «Ми вже бачимо, як популяції комах зменшуються в багатьох регіонах, а також поширення комах-переносників хвороб, таких як вірус Зіка і малярія, у нові райони».

Галліо, професор нейробіології та дослідник молекулярної біології у Коледжі Вайнберга, вивчає фруктових мух і їхні сенсорні системи. Він зазначив, що даних про комах і температурні зміни обмаль, оскільки «занадто мало людей переймається долею комах». Проте наявні дані свідчать про їхнє стрімке скорочення за останні 20–50 років. Комахи запилюють 70% сільськогосподарських культур і є основою більшості наземних харчових ланцюгів. Їхнє зникнення може спричинити катастрофічні екологічні наслідки та безпосередньо вплинути на добробут людей.

Чутливість мух до температури

Лабораторія професора Галліо тривалий час вивчає, як маленькі комахи реагують на різні температури.

«Звичайна фруктова муха є особливо потужною моделлю для вивчення того, як зовнішній світ представлений і обробляється в мозку», — зазначив Галліо.

Багаторічні генетичні та нейробіологічні дослідження створили детальну карту мозку мухи, більш повну, ніж у будь-якої іншої тварини.

Вчених зацікавило, як відрізняються нейронні зв’язки між видами, що живуть у різних температурних умовах. Використовуючи методи, зокрема CRISPR, вони вивчали генетичні та нейронні механізми, що формують температурні уподобання. Провідний автор дослідження, аспірант Метью Цапек, пояснив, що мухи з різних кліматів відчувають тепло за різних порогів активації. Це частково пояснило, чому лісові мухи віддають перевагу прохолодним температурам. Однак цього було недостатньо, щоб зрозуміти, чому пустельні мухи шукають тепло.

Чому пустельні мухи прагнуть тепла

«Пустельні мухи, здається, активно шукають вищі температури — близько 90°F (32°C), тоді як комфортна температура лісових мух трохи нижча за 70°F (21°C)», — сказав Цапек. «Фактично, поріг активації теплових сенсорів їхніх антен відповідає їхньому улюбленому температурному діапазону, який вони активно шукають, а не температурі, яку слід уникати».

Замість уникнення високих температур пустельні мухи сприймають тепло як щось позитивне. Їхні мозкові нейронні зв’язки налаштовані на пошук тепла, а не втечу від нього.

Відповідь у пустелі

Галліо спершу вважав це нелогічним. Якщо пустелі вже гарячі, навіщо мухам ще більше тепла? Відповідь він отримав під час дослідницької поїздки до пустелі Анза-Боррего в Південній Каліфорнії.

«Пустелі в цьому регіоні дуже спекотні вдень, але температура може різко падати після заходу сонця, і ніч буває дуже холодною», — зазначила одна з провідних авторів дослідження, професорка нейробіології Алессія Пара. «Мухи в цьому кліматі повинні постійно стежити за швидкими змінами температури та шукати ідеальні умови: знаходити тінь удень і ховатися в кактусах для зігріву вночі».

Мухи з м’якіших кліматів можуть реагувати лише на крайні температурні зміни. Натомість пустельні мухи мусять постійно контролювати температуру для виживання.

Комахи, клімат і температура

Постійне відстеження правильної температури потребує багато енергії. Однак для пустельних мух це необхідна стратегія виживання. Професор Галліо вбачає в їхній поведінці частину ширшої головоломки про те, як тварини адаптуються до різних кліматів.

«Ці дослідження корисні у двох аспектах, — сказав Галліо. — Коли тварина народжується, її мозок вже запрограмований на сприйняття певних подразників як хороших чи поганих, але ми досі не розуміємо, як саме працює ця програма». «Вивчення цих видів мух як природного експерименту дозволяє зрозуміти, як вони змінювалися в ході еволюції, що допоможе прогнозувати їхні реакції на зміну клімату».

«Звичайно, ми також піклуємося про комах і сподіваємося, що ці знання допоможуть краще їх розуміти та захищати». Дослідження опубліковане в журналі Nature.