Дослідники представили нову модель аналізу кольорового зору попелиці
Попелиця – один із найменш бажаних відвідувачів саду. Ці маленькі комахи можуть завдати значної шкоди сільському господарству, але як вони насправді обирають рослину-господаря? Які основні механізми стоять за цим? Дослідники з університетів Бонна та Касселя представили дві нові моделі, які можна використовувати для аналізу кольорового зору попелиць та, таким чином, реакції тварин на рослини. Це відкриває нові можливості для майбутніх досліджень з цієї теми, але також може мати відношення до сільськогосподарських програм.
Дослідження було опубліковано у журналі Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences.
Вже багато років відомо, що попелиця особливо любить жовтий колір, тому пастки жовтого кольору іноді використовуються в сільському господарстві для спостереження за попелиць у сільськогосподарських культурах. Для свого поточного дослідження дослідники розгорнули загалом понад 200 колірних пасток із приблизно 70 різними кольорами в полі протягом двох послідовних весен.
З допомогою світлового спектрометра вони виміряли звані спектри відображення окремих кольорів кожної довжини хвилі.
«Спектрометр дозволяє нам об'єктивно визначати кольори. Це важливо, тому що люди сприймають кольори інакше, ніж комахи, тому ми не можемо покладатися на наші очі в цьому», — каже керівник дослідження, професор, доктор Томас Ф. Дерінг з Інституту наук про рослинництво та збереження ресурсів (INRES) у Боннському університеті.
Дані про відбивну здатність та поведінкові дані, тобто кількість попелиць, спійманих на одну пастку, потім лягли в основу двох математичних моделей. Мета полягала в тому, щоб зіставити відбивну здатність та дані про поведінку і, таким чином, з'ясувати, які довжини хвиль є вирішальними для реакції попелиці.
Дві моделі з однаковими результатами
У першу модель вчені включили відомі дані про те, які фоторецептори стимулюються, коли попелиця шукає їжу. Друга модель обходилася без фізіологічних даних і враховувала лише поведінку тварин та дані вимірювань відбивної здатності за кольорами. Для цієї моделі дослідники застосували спеціальний статистичний метод, який називається частковою регресією найменших квадратів (PLSR).
Обидві моделі дійшли однакових висновків. По-перше, вони підтвердили перевагу попелиць жовтого кольору. По-друге, обидві моделі передбачали певний нейронний механізм, який контролює зорову поведінку попелиць.
"Той факт, що результати обох оцінок, зрештою, виявилися такими схожими, нас здивував», — каже доктор Саша М. Кіршнер з Університету Касселя. "Але результат настільки сильний, що не може бути математичним артефактом".
Один із висновків дослідників: навіть для видів попелиць, для яких поки що немає фізіологічних даних, новий метод оцінки разом із обраними колірними стимулами може допомогти надати більш точну інформацію про візуальну поведінку.
«Таким чином, ми могли б уникнути дорогих електрофізіологічних досліджень на тваринах у майбутньому», — зазначає Дерінг, член міждисциплінарної дослідницької області «Стійке майбутнє» та кластера передового досвіду PhenoRob у Боннському університеті.
Міст між біологією та сільським господарством
У своєму дослідженні дослідники особливим чином поєднують біологічні та сільськогосподарські дослідження. У нейробіології попелиці зазвичай служать модельними організмами вивчення основних механізмів. Однак у сільському господарстві такий поведінковий аналіз часто не застосовується через рівень деталізації.
«У нашому дослідженні ми намагалися навести міст між прикладною наукою та фундаментальними дослідженнями, — каже польовий еколог Томас Дерінг.
Зокрема нові моделі можуть допомогти оптимізувати існуючі методи ведення сільського господарства, такі як так звані методи мульчування, які можуть змінити візуальний фон сільськогосподарських культур і, таким чином, «приховати» рослини-господарі від шкідників. Результати також можуть стосуватися спроб змінити колір листя, наприклад, шляхом селекції або спеціального добрива. Поточне дослідження вже надає докази того, що листя пшениці більш привабливі для попелиці при удобренні низьким рівнем азоту, ніж при інтенсивнішій обробці азотом.
Чому жовтий?
Залишається відкритим питання, чому попелиці насправді так надає перевагу жовтому кольору — зрештою, їхня їжа — зелене листя рослин.
"Тепер ми можемо пояснити це фізіологічно, але основна користь для попелиці досі незрозуміла", - говорить Томас Дерінг.
У майбутніх дослідженнях він та його колеги хотіли б докладніше вивчити вплив УФ-випромінювання, що становить інтерес як для застосування у захисті рослин, так і з біологічної точки зору.
Крім того, дослідження надає попередні докази того, що деякі види попелиць реагують трохи інакше, ніж більшість. Чи ця поведінка є принципово іншою, також належить з'ясувати в ході подальших досліджень.
Також читайте: