Отвращение к глюкозе заставило мутантных тараканих отвергнуть брачные подарки диких самцов

Самцы рыжих тараканов соблазняют партнерш с помощью сладкого секрета тергальных желез. Однако люди так давно травят этих насекомых подслащенными приманками, что среди них распространилась мутация, которая вызывает отвращение к глюкозе. В результате мутантные самки отказываются поедать брачные подарки самцов дикого типа, из-за чего те не могут их оплодотворить. Впрочем, с мутантными самцами такие особи успешно спариваются, вероятно, благодаря изменившейся стратегии ухаживания. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Communications Biology.
Верный способ завоевать благосклонность потенциальной партнерши — подарить ей что-нибудь вкусное. Такой подход уже около ста миллионов лет практикуют самцы многих видов животных, в первую очередь насекомых и паукообразных. Они преподносят самкам добычу или субстанции, выработанные в собственном организме, например, гемолимфу или выделения слюнных желез. Съедобные брачные подарки выполняют несколько функций: обеспечивают самок дополнительными питательными веществами, повышают привлекательность самцов и страхуют их от сексуального каннибализма.
Хорошо всем знакомые рыжие тараканы (Blattella germanica) тоже используют съедобные подарки в брачных церемониях. Во время ухаживания таракан-самец обнажает специализированные тергальные железы на брюшке и предлагает партнерше их сладкий секрет, в состав которого входят олигосахариды мальтоза и мальтотриоза. Заинтересовавшаяся самка встает чуть позади ухажера и начинает поедать его выделения. Если партнерша будет находиться за самцом достаточно долго, тот сможет вытянуть брюшко, соединить свои гениталии с ее гениталиями и произвести оплодотворение. Однако если качество подарка окажется для самки недостаточным, спаривания не произойдет.

Тяга рыжих тараканов к сладкому помогает самкам этого вида находить партнеров и выбирать лучших из них. Однако она также может их погубить. Дело в том, что люди давно борются с тараканами с помощью отравленных приманок, содержащих сахар. В ответ на это в некоторых тараканьих популяциях распространилась мутация, которая влияет на работу вкусовых рецепторов и вызывает отвращение к глюкозе. Особи с такой мутацией избегают сладких приманок и благодаря этому не погибают от отравления.
Команда энтомологов, которую возглавила Аяко Вада-Кацумата (Ayako Wada-Katsumata) из Университета штата Северная Каролина, решила разобраться, как отвращение к глюкозе сказывается на размножении тараканов. Ранее они обратили внимание, что у самок с мутацией по данному признаку ухаживания реже завершаются спариванием, чем у самок дикого типа, однако почему именно, до сих пор оставалось неизвестным. Авторы предположили, что, когда под воздействием ферментов слюны мальтоза и мальтотриоза из брачного подарка быстро переваривается до глюкозы, мутантные самки, испытывающие отвращение к ее вкусу, прерывают кормление и покидают партнера.
Чтобы проверить данную идею, Вада-Кацумата и ее коллеги провели ряд экспериментов. Сначала ученые предлагали тараканихам выбрать между самцом дикого типа и самцом с мутацией, вызывающей отвращение к глюкозе. Оказалось, что самки дикого типа одинаково часто выбирают обычных и мутантных самцов. Однако мутантные самки отдавали предпочтение мутантным самцам. Когда аналогичный выбор предложили самцам, те не продемонстрировали явных предпочтений.
Затем исследователи подсаживали к одному дикому или мутантному самцу одну дикую или мутантную самку. При этом никакого выбора насекомым не предоставлялось. Оценив долю ухаживаний, завершившихся спариванием, авторы пришли к выводу, что в парах мутантная самка — дикий самец этот показатель значительно ниже, чем в парах дикая самка — дикий самец.
Дополнительный анализ показал, что успех ухаживаний в первую очередь зависит от того, как тараканиха ведет себя во время поедания брачного подарка. Во время успешных ухаживаний самки дикого типа встает за самцом 1,4-1,7 раза, а каждое кормление продолжается в среднем 5,8-6,9 секунды. В ходе неудачных ухаживаний дикие самки встают в позу кормления всего один раз и едят 4,2-4,6 секунды. Мутантные самки проводят за поеданием брачного подарка диких самцов существенно меньше времени за один раз, причем как во время успешных, так и во время неудачных ухаживаний (2,8–3,6 и 3,5–3,8 секунды соответственно). При этом мутантные тараканихи встают позади диких самцов в среднем 2,7 раза за ухаживание, что увеличивает общее время кормления при успешных ухаживаниях до 9,2 секунды. При неудачных ухаживаниях общая продолжительность поедания брачного подарка остается низкой и составляет в среднем 2,8 секунды.
Таким образом, мутантные самки проводят за партнерами дикого типа слишком мало времени, чтобы те успели соединиться с ними гениталиями и оплодотворить. В то же время с мутантными самцами мутантные самки успешно спариваются, хотя число и продолжительность брачных кормлений в таких парах невелики (в общей сложности 4,8 секунды). Исследователи предполагают, что особи с отвращением к глюкозе используют нетипичную для рыжих тараканов стратегию ухаживания. Какую именно, предстоит выяснить в ходе будущих исследований.
В этот же раз Вада-Кацумата и ее коллеги сосредоточились на причинах, которых заставляют мутантных тараканих отвергать брачные подарки диких самцов. Исследователи обратили внимание, что выделения тергальных желез привлекает самок обоих типов, однако особи с отвращением к глюкозе поедают значительно меньше этого секрета, чем их диких сородичи. Таким образом, предпочтения мутантных самок не совпадают со вкусом выделений, производимых самцами дикого типа. Судя по всему, такие самки прерывают кормление сразу после того, как ферменты их слюны разлагают мальтозу и мальтотриозу до глюкозы. Дополнительный эксперимент подтвердил, что слюна тараканих эффективно разлагает мальтозу и, в меньшей степени, мальтотриозу, до глюкозы. Когда в выделения тергальных желез диких самцов добавили слюну мутантных самок, концентрация глюкозы в образцах выросла через 5-10 секунд. Примерно столько времени самка проводит, поедая брачный подарок.
Чтобы подтвердить, что вкус брачного подарка заставляет мутантных самок прерывать кормление, ученые взяли несколько самцов дикого типа и впрыснули в их тергальные железы раствор фруктозы. Это вещество не вызывает отрицательной реакции у особей с отвращением к глюкозе. Затем к обработанным самцам и к обычным самцам дикого типа подсаживали мутантных самок. В парах мутантная самка — обычный самец самки кормились недолго, а успех ухаживаний был ожидаемо низким. Однако добавление фруктозы к тергальному секрету заметно повысило продолжительность кормления и успех ухаживаний.
На следующем этапе Вада-Кацумата с соавторами скрестили гомозиготных мутантных тараканов с особями дикого типа и получили гетерозиготных особей, которые проявляли меньшее отвращение к глюкозе. Затем гибридных самок разделили на две группы. Особи из первой отвергали только высокие дозы глюкозы (больше 1000 миллимоль на литр), а особи из второй — и более низкие дозы (100-300 миллимоль на литр). При встречах с дикими самцами доля успешных ухаживаний у самок дикого типа и гибридных самок с низкой чувствительностью к глюкозе оказалась выше, чем у гомозиготных мутантных самок и гибридных самок с высокой чувствительностью к глюкозе.
Результаты исследования демонстрируют, что отвращение к глюкозе, которое повышает выживаемость рыжих тараканов, снижает успех их ухаживаний. Похожие конфликты между естественным и половым отбором уже известны зоологам. Например, у дрозофил Drosophila melanogaster мутация, которая повышает устойчивость к ДДТ, делает самцов менее привлекательными для самок, а самцам сверчков Teleogryllus oceanicus с Гавайских островов пришлось отказаться от привлекающего партнерш пения, чтобы защититься от завезенных паразитических мух Ormia ochracea.
При этом, хотя мутантные тараканихи и отвергают ухаживания самцов дикого типа, с мутантными самцами они успешно спариваются (а дикие самки, в свою очередь, спариваются с самцами обоих типов). Вероятно, это повышает скорость распространения мутации, вызывающей отвращение к глюкозе. Авторы предполагают, что в результате в тараканьих популяциях особи дикого типа и гибридные особи должны быстро уступать место мутантным особям, гомозиготным по признаку отвращения к глюкозе.