Как насекомые чувствуют запахи

Пищевые обонятельные сигналы распознаются насекомыми очень хорошо. Вопреки распространенному мнению, для них существуют не только понятия «съедобно – не съедобно», но и более тонкие ощущения. Те виды, которые питаются цветочным нектаром, различают ароматы разных цветов. Другие растительноядные по запаху определяют конкретные виды не цветущих растений, которые подходят им в качестве пищи. Таким образом, насекомые не просто случайно находят еду, а целенаправленно к ней идут, ощущая в воздухе ее запах.

Как правило, привлекательным для них оказывается не запах «в целом», а отдельные его составляющие. Так, жуки-падальщики реагируют на содержание в воздухе скатола, индола, аммиака и других летучих веществ, выделяющихся при гниении белков. Жук-мертвоед ощущает «соблазнительные» для себя запахи на расстоянии до 90 см. А комары, блохи и другие кровососущие насекомые чувствуют повышенную концентрацию углекислого газа и летучих компонентов пота человека и животных. Недаром говорят, что чистый человек меньше привлекает комаров, чем тот, кто не позаботился о своей гигиене. По этой же причине против гнуса отлично работают ловушки-обманки, производящие тепло и углекислый газ.

У самцов насекомых обонятельных рецепторов обычно больше, чем у самок. Но это наблюдается совсем не в связи с более активной добычей ими пищи, а по причине гендерных особенностей. Дело в том, что при помощи сенсилл самцы чувствуют запах феромонов, издаваемый самками, и благодаря этому ищут себе пару для копуляции. Следовательно, чтобы поучаствовать в «празднике жизни» и оставить свой генетический след в ряду поколений, у них должно быть развитое обоняние.

Самцы бабочек чувствуют половые аттрактанты самок за 3-6 км; интересно, что если самка уже оплодотворена, она перестает выделять эти вещества и становится для самцов «невидимой». Шелкопряд чувствует присутствие полового аттрактанта в воздухе при его содержании там всего лишь 100 молекул на 1м 3 , а у самца грушевой сатурнии есть способность чувствовать запах самки аж за 10 км. Это рекорд среди насекомых по чувствительности к запахам.

В колонии муравьев или термитов насекомые различают запах своих сородичей из разных каст, определяя так называемых фуражиров (это те члены семьи, которые отвечают за кормежку всех остальных) и приходя к ним за пищей. Еще некоторые насекомые выделяют запахи тревоги, по которым остальные понимают, что им надо чего-то остерегаться. Кроме того, все насекомые ощущают «запах смерти», издаваемый погибшими сородичами. А в пчелиных ульях матка пчелы выделяет запах, подавляющий развитие яйцеклеток у рабочих пчел.

Обоняние насекомых не только помогает им добывать питание и общаться между собой; при его помощи они распознают представителей других видов, определяют лучшие места для кладки Яйцо у членистоногих – форма развития, при которой зародыш развивается под защитой яйцевых оболочек вне организма матери.

Подробнее при переходе по ссылке

Органы вкуса

Как уже говорилось, в основном хеморецепторы, дающие насекомым возможность ощущать вкус, располагаются у них на ротовых органах. Но их скопления имеются и на других частях тела. К примеру, они встречаются на Лапка – конечный отдел ноги насекомых, который разделен на членики и в верхней части подвижно соединен с голенью.

Подробнее при переходе по ссылке

Органы вкуса представляют собой толстостенные вкусовые сенсиллы, в основании которых лежат от 3 до 5 (в редких случаях до 50-ти) нервных клеток, передающих соответствующие сигналы в центральную нервную систему. Их короткие отростки (дендриты) проходят вверх, к вершине сенсиллы, где через специальное отверстие (пору) нервные окончания дендритов контактируют с пищевыми субстратами.

У некоторых насекомых строение сенсилл несколько сложнее, чем это представляется вначале. Например, у мухи Phormiareginaв основании вкусовых волосков находятся всего три нейрона, однако все они выполняют разные функции. Один является механорецептором, то есть реагирует на прикосновение, второй определяет сладкий вкус, а третий – соленый. При раздражении «сахарного» нейрона у насекомого возникает рефлекс развертывания хоботка, так как сладкий субстрат является для него привлекательным. Если же ощущается соленый вкус, это заставляет муху утратить интерес к предполагаемой пище.

Как насекомые ощущают вкус

От вкусовых сенсилл нервное возбуждение передается в особые центры головного мозга, где насекомое «осознает» вкус и реагирует на него.

Вкусовые реакции у представителей класса очень разнообразны. Они, как и человек, различают четыре основных вкуса – кислое, сладкое, горькое и соленое. Причем чувствительность насекомых к этим вкусам по факту такая же, как и у нас, а иногда и выше. Так, человек ощущает сладкий вкус, если концентрация сахара в растворе составляет 0,02 моль/л. Пчелы чувствуют его при содержании 0,06 моль/л, а бабочка-адмирал Pyrameis atalanta– при 0,01 моль/л.

Насекомые, «привыкшие» к сладкой пище, должны, на первый взгляд, различать ее лучше, чем кто бы то ни было, однако зачастую это не так. Например, лактоза (молочный сахар) ощущается пчелами как безвкусная по сравнению с потребляемым ими сладким нектаром, а некоторые гусеницы воспринимают ее как сладкое вещество после своей обычной «пресной» зеленой растительности.

Еще одна особенность вкуса у насекомых состоит в том, что они – не любители соленого. Они положительно реагируют на пищевой субстрат лишь тогда, когда концентрация соли в нем достаточно низка. Кстати, самыми солеными насекомым кажутся ионы не натрия, как человеку, а калия.

Замечательной чертой является то, что представители Insecta, оказывается, ощущают вкус дистиллированной воды, которая для нас вкуса не имеет. А у некоторых также проявляется пристрастие к ядовитым соединениям. Так, листоед Chrysolina, питающийся на растениях зверобоя , имеет особую группу вкусовых рецепторов, которые возбуждаются ядовитым алкалоидом гиперизином, содержащимся в его листьях.

Источник

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.

Начнем с обоняния

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 1м 3 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.

А что насчет вкуса?

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.

На этом суперспособности бабочек заканчиваются?

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.

Источник

Как насекомые чувствуют запахи

Органы химического чувства: обоняние и вкус у насекомых

Содержание:

Органы обоняния