Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование агрегационного феромона американского таракана

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Исследование агрегационного феромона американского таракана"

'п л*} ^

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ ФИЗИОЛОГИИ И БИОХИМИИ им. И. М. СЕЧЕНОВА

На правах рукописи

ЖУКОВСКАЯ Марианна Исааковна

ИССЛЕДОВАНИЕ АГРЕГАЦИОННОГО ФЕРОМОНА АМЕРИКАНСКОГО ТАРАКАНА

(СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 03.00.13. - ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

г

Работа выполнена в лаборатории эволюции органов чувств (заведующий— д. б. н. Ф. Г. Грибакин) Института эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова РАН.

заседании 'специализированного совета К 002.89.0.1 в Институте эволюционной физиологии и биохимии юм. И. >А1. Сеченова РАН по адресу: 194223, Санкт-Петербург, пр. М. Тореза, 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЭФиБ им. И. М. Сеченова РАН.

Научный руководитель — доктор биологических наук Ф. Г. ГРИБАКИН

Официальные оппоненты: доктор биологических наук В. П. ЛАПИЦК'ИП; доктор биологических наук Е. В. РОЗБНГАРТ

Ведущая организация — Институт защиты растений. Защита, состоится « » ^/¿¿-С^с^ 199.2 г. в

часов на

Автореферат разослан «

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

Л. В. ЗУЕВА

; ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

*

Актуальность исследования. Химическая коммуникация - одно из самых распространенных средств связи особей в популяции - часто 'является наиболее эффективным средством для встречи полов, передачи сигналов тревоги, поиска удобных местообитаний и пищевых ресурсов. Феромонная коммуникация играет важную роль в эволюции социальности, а также быстро эволюционирует сама, обеспечивая приспособление вида к условиям его обитания.

В настоящее время накапливаются сведения о том, что химические сигналы имеют сложную природу, а информация, передаваемая . с их помощью, воспринимается в контексте других сигналов и состояния воспринимающей особи. Комплексное исследование феромонной коммуникации включает в себя изучение источников феромона, путей их распространения, химического состава сигнала, его восприятия особями-получателями сигнала, изучение процессов переработки полученной информации нервной системой животного и, наконец, анализ поведенческого ответа или изменения физиологического статуса особи, вызванных полученным сообщением. Взаимодействие различных сигналов- возможно, по-видимому, на всех перечисленных ^этапах, однако реакция животных на стимулы, состоящие из нескольких феромонов, практически не исследуется, главным образом из-за недостаточной изученности как химического состава разных феромонов у одного и того же вида, так и полной характеристики ответа на них.

Насекомые являются традиционным и очень удобным объектом для комплексного изучения хемокоммуникации. Эволюцию феромонной коммуникации, еЭ роль в эволюции сообществ, вероятно, легче всего исследовать у полуобщественных насекомых, которые, с одной стороны используют для внутривидовой коммуникации систему из нескольких феромонов, но у которых эта система еще не достигла такой сложности, как у эусоциальных насекомых. Тараканы, с этой точки зрения, оказались очень удобным объектом, так как они обычно живут большими сообществами, филогенетически связаны с эусоциалышми насекомыми - термитами, и используют для передачи информации несколько (2-5) основных запахов.

Цель и задачи исследования. -Целью работы было изучение состава и свойств агрегационного феромона американского таракана Рег1р1ас^а атег1оапв Ь. (Blattopteгa, ВХа-^йае), а также реакции воспринимающих особей. Исходя из этого, задачами настоящего исследования были:

1. Разработка методики биотеста для анализа образцов (как исходного материала, так и материала, получаемого на всех стадиях выделения и очистки), которая позволила бы не только оценить присутствие агрегационного феромона или его поведенчески активных компонентов, но и выявить характер изменений поведения животных.

2. Уточнение феромонннх агрегадаонных связей между особями одного возраста и пола.

3. Выделение и очистка агрегационного феромона американского таракана и анализ его компонентного состава.

4. Оценка роли разных компонентов агрегационного феромона в поведении американского таракана.

Научная новизна. Для определения агрегационного феромона и его поведенчески активных компонентов в настоящей работе предложен новый метод поведенческого тестирования насекомых. Этот метод основан на анализе поведения отдельных особей и позволяет одновременно оценить аттрактивные и арестантные свойства предъявляемого материала.

Впервые показан многокомпонентный состав агрегационного феромона американского таракана.

Обнаружено, что в поведении американского таракана роль, по крайней мере некоторых компонентов агрегационного феромона, различается.

Наично-пусктимесная ценность. Разработаный способ выделения и тестирования биологического материала позволяет получить агрегационный феромон американского таракана в количестве, достаточном для исследования его роли в жизни сообществ. Эта методика может быть использована в дальнейшем для изучения особенностей рецепции агрегационного феромона, в сравнении с половыми, а также для оценки возможного взаимодействия этих двух химических сигналов. Поскольку американский таракан является широко распространенным синантропным видом, изучение состава и свойств его агрегационного феромона необходимо как для

целенаправленного управления его поведением, так и для разработки методов регулирования численности популяций этого Вида. Апробация работ. Материалы данной работы докладывались на Первом коллоквиуме секции общественных насекомых Всесоюзного энтомологического общества, Санкт-Петербург, 1990 и на 70М Симпозиуме "Механизмы сенсорной рецепции", Москва, 1992 г. Публикации. По теме диссертации опубликованы две работы. Стуитыга и объел диссертации. Диссертация состоит из введения и четырех глав: обзор литературы, результаты, обсуздение. Диссертация имеет следующий объем: текст -68 с, таблиц -6, рисунков -9, список литературы -98 работ.

СОДЕРШШЕ РАБОТЫ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы последовательно рассматриваются: классификация феромонов и эволюция системы феромонной коммуникации насекомых, особенности внутривидовой химической коммуникаций тараканов, а также приводятся данные, полученные для агрегационного феромона американского таракана.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

Исследования проводили на американских тараканах Periplaneta americana Ь.

Биотесты. Ери проведении экспериментов мы старались создать адекватные условия содержания для тараканов (Morgan, 1985). Взрослых самцов Periplaneta amerioana (20 особей) содержали в экспериментальной установке (РисЛ) при фотопериоде 12 часов свет - 12 часов темнота; температура в светлую фазу была 28°С, а в темную опускалась до комнатной (19 - 21°С), относительная влажность 60-80%. Темная фаза была приурочена к нормальному рабочему дню экспериментатора. Все насекомые имели индивидуальные метки. Установка была выполнена из оргстекла и состояла из гнезда, окрашенного в черный цвет, вольера, в котором находились автоматически регулируемый обогреватель, вода и пища, и тестовой части. Тестовая часть имела свободное поле и две тестовые камеры. Верхние поверхности тестовой части были покрыты красным

о о о

Ш

О

2

1

Рис Л. I. Установка для тестирования исходного материала, экстрактов и хроматографических фракций.

II. Тестовая часть - лабиринт. I - вольер; 2 - гнездо; 3 - тестовая часть; 0 - обогреватель, К -кормушка, В - поилка, С - свободное поле, Т - тестовая камера.

светофильтром, тогда как боковые стенки были окрашены в черный цвет-

В светлое время тараканы обычно находились в гнезде, а в период темноты выходили в вольер. Биотесты проводили не ранее чем через I час после наступления темной фазы, когда в вольере находилось наибольшее количество насекомых. Сначала закрывали дверцу, соединяющую гнездо с вольером, затем включали свет и открывали дверцу тестовой части. Когда в поисках убежища один из тараканов заходил в свободное поле, дверцу тестовой части закрывали. После того, как насекомое посетило хотя бы одну из камер, экспериментатор позволял ему, открывая соответствующие дверки, выйти в вольер, а затем скрыться в гнезде. После этого в ' тестовую часть пускали следующего таракана и т.д., до тех пор, пока не будут протестированы все тараканы, находящиеся в вольере. В каждом опыте, который длился 1-2 часа, тестировался один опытный образец, который предъявлялся в одной из камер тестовой части. В качестве опытного образца использовали кусочки фильтровальной бумаги размером 7*7 см из садка с тараканами-самцами или кусочек фильтровальной бумаги, на который наносили исследуемый раствор. Контрольным образцом служил кусочек фильтровальной бумаги такого же размера, пропитанный чистым растворителем. От опыта к опыту контрольные и опытные образцы помещались в ту или иную камеру в случайном порядке. Положительным считали такой тест, в котором животное первой посещало камеру с опытным образцом. В каждом опыте участвовало 6-20 особей. Проводили не более одного опыта в день. После каждого опыта тестовую часть промывали.

Регистрировали следующие параметры: I - время, проведенное насекомыми в свободном поле тестовой части, называемое далее временем выбора; 2 - время пребывания в каждой из тестовых камер; 3 - общее время выполнения биотеста насекомым; 4 - число заходов в каждую из тестовых камер за период выполнения теста насекомым.

При разработке методики биотеста, в самом начале работы, была выполнена специальная серия опытов (серия I). В качестве тестируемого образца, содержащего агрегационный феромон, были использованы квадраты из ■фильтровальной бумаги пропитанные экскрементами тараканов-самцов. Биотест давал положительный

1

300 240 180 120 во 0

П 3

о 2 4 6 8 10 12 14

N

О 2 4 6 8 10 12 14

N

Рис.2. Зависимость общего времени выполнения биотеста (I, г) и числа заходов в тестовые камеры (2, п) от числа уже проведенных опытов (Н). Серия I.

результат в 82% случаев (Р<0,001). При этом обнаружилось, что поведение особей закономерно меняется в зависимости от числа уже проведенных опытов (Рис.2). Вероятно, увеличение общего времени выполнения биотеста и числа заходов в тестовые камеры в первых опытах отражает усиление ориентировочно-исследовательской реакции, а дальнейшее снижение обоих параметров - ее угашением. Кроме того, после выполнения биотеста животному позволяли скрыться в гнезде, а это могло служить подкреплением при обучении

б

последовательности действий в процедуре биотеста. Следует подчеркнуть, что таракану позволяли уйти в гнездо независимо от знака его ответа в оиотесте. В дальнейшем, все Сиотесты проводили на обученных таким образом насекомых.

Для проверки возможного влияния следового феромона на результаты биотвста, был выполнен анализ последовательности посещения правой и левой тестовых камер, в каздой из которых находился контрольный образец. При этом не было выявлено какой-либо закономерности (критерий независимости Х2=2,97," Р>0,05). Аналогичные результаты были получены для серии опытов, где в качестве тестируемого образца использовалась фильтровальная бумага, взятая из колонии тараканов. Эти данные позволяют заключить, что тараканы при выполнении процедуры биотеста не используют следовой феромон для ориентации, и, возможно, не выделяют его.

Разработанный нами.поведенческий биотест отличается от -всех описанных в литературе тем, что в нем тестируются отдельные особи. Это позволило исключить прямое влияние особей друг на друга, а также несколько ускорило процедуру эксперимента.

В некоторых опытах мы использовали в качестве тестовой части У-лабиринт с расстоянием между свободным полем и тестовыми камерами 40 см (РисЛ). В части экспериментов в одну тестовую камеру помещали пять взрослых тараканов-самцов, находящихся в садке из металлической сетки, а во вторую - такой же садок, но пустой (серия IV). В другом варианте опытов в обе тестовые камеры помещали одинаковые кусочки фильтровальной бумаги, причем опытный образец был пропитан выделениями взрослых тараканов-самцов (серия V). Была также проведена специальная серия опытов (серия 71), в которой тестовые камеры были отделены от рукавов лабиринта щелью шириной I мм, при этом тело лабиринта и каждая из тестовых камер располагались на подставках из поролона, что препятствовало передаче вибрационных стимулов. Опытным образцом в этой серии служил садок с живыми насекомыми. Тестирование начинали через 30 минут после помещения образцов в установку.

Накопление и выделение активного материала. Исходным материалом для выделения агрегационного'феромона были подстилки и убежища и& фильтровальной бумаги, на которых содержались исключительно самць.

(нимфы и имаго, приблизительно 50 особей).

Подстилки собирали один раз в семь дней в течение полутора лет и хранили при температуре -18°С. После накопления необходимого количества исходного материала феромон экстрагировали из него органическими растворителями или водой. Полученные разбавленные экстракты на основе органических, растворителей упаривали при пониженном давлении.

Для оценки концентрации упаренных экстрактов приготавливали серию растворов, концентрация которых последовательно уменьшалась в 10 раз, так что ее можно было представить в виде ряда: 0*10°, ОЮ-1, ОЮ-2..., где С - концентрация исходного экстракта. Каждый раствор проверяли на биологическую активность. Наименьшую из доз, которая еще вызывала статистически достоверное предпочтение образца, пропитанного экстрактом, считали пороговой. Зная величину пороговой дозы, рассчитывали содержание активного материала в исходном экстракте в пороговых дозах.

Часть водных экстрактов, приготовленных при помощи динамической экстракции, пропускали через колонку с сорбентом для жидкостно-жидкостной хроматографии с химически привитой неподвижной жидкой фазой (CI6) или с гидрофобным сорбентом "тенакс". Адсорбированные вещества смывали метанолом при использовании CI6 и гексаном при испрльзовании тенакса. Остальную часть водных экстрактов триады промывали равным объемом обезвоженного и очищенного эфира, после чего эфирный экстракт осушали над безводнда сульфатом натрия и упаривали при пониженном давлении.

Разделение биологически активных экстрактов хроматографичесюши методами.' Полученные концентрированные экстракты разделяли методами колоночной жидкостной хроматографии. Для первоначального разделения применяли хроматографические колонки собственного изготовления (сшшкаге ль, размер гранул 5-40 мкм, Lachema, Чехословакия; подвижная фаза (диэшловый эфир:гексан, 1:9 по объему). Гексановый экстракт разделяли также при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии с обращенными фазами на хроматографе "System Gold" (Веокшап, USA), сорбент 018, элюент метанол:вода 1:5 по объему. Таким же способом исследовали

метанольный экстракт, полученный путем сорбции активных веществ из водного экстракта на CI6 и последующего их смыва метанолом. Пентановые экстракты разделяли на препаративной колонке (Merk, Тип А: длина 240 мм, внутренний диаметр ГО мм). Хроматографию проводили методом градиентного элюирования. Все собранные фракции проверяли на биологическую активность.

Выделение и очистка агрегационного феромона проводилисьь совместно с Д.А.Уголевым.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Поведенческие ответ Парамонов на исходный жтериал. В двух сериях опытов (серия I и серия П) в качестве тестируемого образца использовали кусочки фильтровальной бумаги, находившейся несколько дней в садке с тараканами-самцами. Для обеих серий были обнаружены достоверные различия между средним временем пребывания в камере с опытным и с контрольным образцами (Табл.1).

В контрольной серии (серии Ш) в обеих камерах предъявляли контрольные образцы, при этом число заходов в каждую из камер было примерно одинаковым: 54% в левую и 46% в правую. Время выбора для контрольной серии было больше, чем в последних пяти опытах серии I, тогда как время пребывания в тестовых камерах -меньше, чем в камерах с опытным образцом (табл. I).

В опытах с Y-лабиринтом (IV, V и VI серии опытов), в серии IV оказалось, что насекомые чаще посещают камеру с живыми особями, чем контрольную (87 особей выбрали камеру с опытным образцом, 39 - контрольную, Р<0,01). В другой серии (V), когда в тестовую камеру помещали кусочек фильтровальной бумаги из колонии с тараканами самцами, такой закономерности обнаружить не удалось (14 особей выбрали камеру с опытным образцом, II - с контрольным). При использовании лабиринта, в котором тестовые камеры были отделены от тела лабиринта щелью, которая препятствовала распространению вибрационных стимулов от животных, находящихся в тестовой камере (серия VI), тараканы, также как и в серии IV, предпочитали камеру с опытным образцом (27 особей выбрали камеру с опытным образцом, 13 - с контрольным, Р<0,05).

Исследование экстрактов.

Гексановие экстракт.. Опыты с гексановыми экстрактами Таблица I. Временна^ показатели выполнения биотеста для пяти последних опытов серии I и серии контрольных опытов (среднее ± ошибка србдаего, секунда; в скобках - число наблюдений).

Последние 5 опытов серии I

Контрольные опыты

Время выбора 13,7+2,5

(43)

Общее время 94,3±16,0

выполнения биотеста (43)

Среднее время 44,5±14,5

пребывания в камере (40) с опытным образцом

Среднее время 8,3±1,7

пребывания в камере (26) с контрольным образцом

41,8±4,1 (148)

105,1+8,3 (148)

17,6+2,6 (211)

Примечания: Достоверные различия обнаружены между средними значениями времени выбора для серии I и серии контрольных опытов (Р<0,05), а также между средними значениями времени пребывания в камере с опытным и в камере с контрольным образцом для серии I (Р<0,01).

разной концентрации показали, что время выбора зависит от предъявляемого количества (дозы) феромона. Так, время пребывания в свободном поле тестовой части было наименьшим, когда предъявляли наибольшую дозу феромона (приблизительно 450 пороговых доз). При уменьшении дозы до пороговой время выбора стало значительно больше и уже не отличалось от последних пяти опытов серии I, а при дальнейшем уменьшении количества предъявляемого экстракта (0,1 пороговой дозы) - этот показатель

приблизился к соответствующему для серии Ш (контрольных опытов) (Табл. 2).

При первоначальном разделении гексановых экстрактов на колонках собственного изготовлениями дважды получили 3 биологически активные фракции.

Гексановые экстракты, предварительно очищенные на колонке с силикагелем, разделяли также при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с обращеной фазой. Тестирование полученных фракций выявило наличие двух активных зон. В случав, когда предъявлялись дозы выше ' пороговой, время выбора для активных фракций было значительно больше того, что наблюдалось для исходного материала и гексановых экстрактов и • составляло 243,7±49,7 секунд для одной из них (фракция 2) и 68,3±18,3 для второй (фракция 4). Напомним, что в качестве подвижной фазы для обращеннофазной хроматографии использовался раствор метанола в воде.

Таблица 2. Некоторые временные показатели для серии опытов с гексановыми экстрактами разной концентрации. (Среднее ± ошибка средаего, секунды; в скобках - число наблюдений).

Предъявляемая доза (ЦД) 450 I 0,1

Время выбора 6,2+1,0 16,5+4,6 62,8±2,9 "

(Ю) (Ю) (Ю)

Среднее время

пребывания в 10,9+1,5 14,0±2,4 15,9+1,9

камере с опыт- (15) (15) (Ю)

ным образцом

Среднее время 7,5±2,5 14,344.1 11,1±2,7

пребывания в ка- (2) (6) (9)

мере с контроль-

ным образцом

Пояснения в тексте.

Водныз экстракта ц их производные. При использовании водша экстрактов нами были получены неожиданные результаты: время выбора заметно превышало соответствующий показатель для опытов с исходным материалом, и гексановнми экстрактами с концентрацией выше пороговой, и составляло, в среднем, 71,4+12,6 секунд. Для этих экстрактов не удалось выявить зависимость времени выбора от предъявляемой дозы активных веществ. Ответы на эфирные экстракты, полученные из водных, также имели очень большое время выбора -78,7t30,0 секунд. Часть водных экстрактов пропускали через сорбенты - тенакс и CI6. Жидкость, которая вытекала из колонки с сорбентом при нанесении образца подвергалась проверке на биологическую активность. При использовании тенакса, жидкость, вытекающая из колонки имела биологическую активность, также как и гексановый смыв с колонки. Сорбент CI6 поглощал все активные вещества из проходящей через него жидкости. При последующем пропускании через эту колонку метанола получали обладающий активностью раствор. , Раствор активных веществ в метаноле разделяли далее посредством обращеннйфазной ВЭЖХ. Как и в случае гексановнх экстрактов, было получено две фракции, на которые тараканы положительно отвечали в биотестах. При тестировании этих фракций оказалось, что их свойства близки к фракциям, полученным при ВЭЖХ разделении гексановнх экстрактов.

Петановые экстракта. Ответы на неочищенные пентановые экстракты разной концентрации в целом были сходны с тем, что мы наблюдали для гексановых экстрактов: отчетливо прослеживалось уменыпенкз времени выбора при увеличении предъявляемой дозы (Рис.3). Закономерно изгонялось также и время пребывания в камере с опытным образцом - оно увеличивалось с увеличением предъявляемой дозы (достоверно различались данные для растворов 0,1 ПД и I ПД, Р<0,05; для растворов I ПД и 100 ЦЦ, Р<0,05). Удалось такке выявить статистически значимые различия (Р<0,01) между временем пребывания в камере с контрольным и опытным образцами для опыта, в котором предъявлялся образец, содержащий 10 пороговых доз феромона.

Препаративное разделение концентрированного пентанового экстракта дало возможность получить фракции, количество веществ в которых позволило не только определить наличие или отсутствие

биологической активности в каддой из них, но и сделать некоторые предположения относительно поведенческой роли содержащихся в них

Рис.3. Зависимость времени выбора (1;, с) от предъявляемой дозы активных веществ (Б), выраженной в количестве пороговых доз. Пентановые экстракты.

веществ. В результате этих исследований удалось построить хроматографический профиль биологически активных веществ (Рис.4Л). Как следует из этого рисунка, разделение оказалось неполным. Для того, чтобы уточнить количество главных пиков, фракции с удерживаемым объемом 40-120 мл (полученные при двух первых хроматографиях, за вычетом того количества, которое было использовано для биотестов} сливали, упаривали и снова хроматографировали при тех же условиях. Результаты тестирования различных доз из полученных фракций представлены на Рис. 4.2.

%С 150

100

©.1 1 10 100

в

Видно, что исследуемая проба включала в себя те же две активные фракции, но, как и следовало ожидать, в другом соотношении. Последнее разделение ясно показывает наличие двух основных пиков активности.

В поведении тараканов при тестировании этих - двух фракций (20-40 и 80-100 мл) было обнаружено, что время пребывания в камере с опытным образцом было больше при ответе на фракции второго пика активности (80-100 мл), рассчеты проводились для ответов на образцы, содержащее дозу активного вещества, близкого к пороговой. Следует отметить, что различия между временем пребывания в камерах с опытным и контрольным образцами были обнаружены только для фракций 80-100 мл (Р<0,01).

1

2

1СЮООО

10000

1000

100

80 100

Рис. 4. Активность хромгтографических фракций, выраженная в количестве пороговых доз (Б); V - объем элюата.

1 - разделение исходного экстракта

2 - разделение активных фракций 40-100 мл, полученных при

разделении исходного экстракта.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Как отмечалось в обзоре литературы, присутствие агрегационного феромона в выделениях американского таракана было показано давно (Bell et al, 1972), однако о его свойствах до настоящего времени известно довольно мало. Высказываемое в ряде работ утвервдение о том, что агрегационный феромон выделяют и ■воспринимают особи всех возрастов и обоих полов, пока не имеет /строгого доказательства. Показано лишь, что и личинки и взрослые особи отвечают на выделения тараканов из смешанной колонии, а также, что нимфы отвечаютна феромон нимф, а имаго обоих полов отвечают на феромоны взрослых особей своего пола (Bell et al, 1972, 1973; Blook.Bell, 1974).

Наши данные существенно дополняют имеющуюся картину феромонных связей между особями разного возраста и пола (Рис. 5), и показывают, что взрослые самцы отвечают на феромон, выделяемый не только особями своего возраста и пола, но также и на феромон личинок и нимф обоего пола. Правда, нам да удалось получить ответ на агрегационный феромон, который, возможно, содержится в выделениях взрослых неоплодотворенных самок, так как подстилки из садков с самками вызывали ярко выраженное половое поведение экспериментальных самцов. Очевидно, этот феромон можно обнаружить лишь при тщательном хроматографическом разделении экстрактов, полученных из убежищ и подстилок, заселенных взрослыми самками. Таким образом, наши данные позволяют с большим основанием предполагать, что в состав секретов особей разного возраста и пола входят одинаковые компоненты, что, однако, не исключает возможности присутствия у них и различных дополнительных активных веществ, специфически характеризующих именно данную группу в популяции как, например, различия в составе секрета стернальных желез у самцов и самок американского таракана (Нривошеина, Шатов, 1984).

В отношении веществ, содержащихся в экскрементах американских тараканов, было показано, что они не только привлекают насекомых, но и ингибируют локомоцшо, то есть обладают арестантным действием, однако для выявления каждого из этих двух качеств.

OCOSÍI - ОТПРАВИТЕЛИ ФЕРОМОННОГО СИГНАЛА

СМЕШАННАЯ КОЛОНИЯ

-т~

,---ч^

I »

* ж

I

V

Личинки

Нимфы

О* ' ' ? Имаго

ОСОБИ - ПОЛУЧАТЕЛИ ЕРОИОННОГО СИГНАЛА

2

ОСОБИ - ОТПРАВИТЕЛИ ФЕРОМОННОГО СИГНАЛА

Личинки

Нимфы

Имаго

о*

Hl I

Личинки

Ншзфи

О* 1 $ Имаго

ОСОБИ - ПОЛУЧАТЕЛИ ФЕРОМОННОГО СИГНАЛА

Рис. 5. Феромонные агрегационные связи между особями разного возраста и шла у американского таракана Periplaneta americana L. Пунктирные линии - литературные данные; Сплошные линии - собственные данные. *

1 - исходный материал получали из колонии, состоявшей из

тараканов разного возраста и пола;

2 - исходный материал получали из колоний, состоявших из тараканов

определенного возраста и пола.

1

?

определяющие характер поведенческого ответа, применялась своя специфическая .методика биотеста (Burk,Eell,1973; Bell et al, 1972, 1973). В разработанном же нами биотесте, в сериях I и П, нам удавалось выявить оба эти свойства одновременно: об аттрактивности'говорило достоверное предпочтение тестовой камеры с опытным образцом, а арестантные свойства выражались в том, что время пребывания в тестовой камере было больше, чем в контрольной.

Щи изучении неочищенных экстрактов нам в большей части случаев не удалось статистически показать присутствие арестантных свойств. Только при использовании пентановых экстрактов арестантные свойства активных веществ проявились с достаточной отчетливостью. Интересно отметить, что это свойство усиливалось с концентрацией экстракта, так как время пребывания в камере с опытным образцом значительно возрастало с увеличением предъявляемой дозы, тогда как в камере с контрольным образцом тараканы проводили примерно одинаковое время. Напомним, что время выбора также зависит от концентрации экстракта, а именно уменьшается с увеличением предъявляемой дозы. Следовательно, при концентрировании экстракта в нем увеличивается и арестантная и аттрактивная активность. Более успешное применение пентана, по сравнению с гексаном, по- видимому можно связать с тем, что температура кипения пентана (36,Г°С) значительно ниже таковой для гексана (68,7°С), поэтому при упаривании экстрактов потери биологичеки активных веществ должны быть меньше, чем при использовании ратворителей с более высокой температурой кипения. Возможно, именно поэтому ответы на пвнтановые экстракты были наиболее сходны с ответами на исходный материал: и кусочки фильтровальной бумаги, и пентавдвые экстракты обладали как аттрактивной, так и арестантной активностью.

Крайне неожиданные результаты были получены при тестировании водных экстрактов: время выбора, даже для наиболее концентрированного из них было значительно больше, чем в опытах с исходным материалом, гексановыми и пентановыми экстрактами при концентрациях биологически активных веществ выше пороговой.

Хроматографическое разделение экстрактов показало, что в состав агрегационного феромона американского таракана входит

несколько компонентов, обладающих биологической активностью. При первоначальном разделении гексановых экстрактов было получено три активных фракции, а во всех остальных случаях (4 разделения) их было только две. Обнаружение всего двух активных фракций в случае высокоэффективной жидкостной хроматографии, вероятно, связано с тем, что получаемые фракции представляли собой водные растворы, а вода, как видно из обсуждения экспериментов с водными экстрактами, по-видимому, модифицирует свойства исходных веществ.

При приготовлении и препаративном разделении пентановых экстрактов водная фаза отсутствовала, однако нам удалось обнаружить также только две активные фракции. Тестирование разных доз хроматографических фракций выявило неполное разделение с двумя пиками активности. Уменьшение нагрузки на колонку (при разделении активных веществ, которые при первом разделении вышли из колонки между 40 и 120 мл) позволило обнаружить разрыв между зонами, обладающими биологической активностью. По-видимому, и это, второе разделение, " оказалось неполным, в результате чего вещества, которые выходили в разных-'фракциях'при первоначальном разделении гексановых экстрактов в условиях, близких к аналитическим, .при препаративном разделении оказались в одной фракции.

Таким образом, оценивая результаты всех разделений можно утверждать, что агрегационный феромон, содержащийся в подстилках и убежищах имеет в своем составе не менее двух различных активных веществ.

Препаративное разделение экстрактов, несмотря на его неполноту, позволило получить очень важные результаты, а именно обнаружить различия в поведенческих ответах на кавдую из активных фракций. Мы выяснили, что вещества обеих фракций привлекают тараканов, однако только для одной из них (80-100 мл) удалось показать арестантше свойства.

Оценка количества (измеренного в пороговых дозах) нанесенных на колонку и собранных во всех фракциях активных веществ не дает оснований говорить о синергизме компонентов, который характерен для феромонов многих насекомых (Таиа1с1, 1985), так как различия не превышают ошибки измерения величины пороговой дозы (I порядок).

Результата трех серий опытов, в которых был использован У-лабиринт, дают основание говорить о том, что в состав агрегационного феромона, вероятно, входят и лекголетучие компоненты, быстро испаряющиеся с исходного материала - подстилок и убежищ из колонии тараканов.

ВЫВОДЫ

1. Разработана оригинальная методика биотеста, основанная на тестировании отдельных особей и позволившая подтвердить наличие агрегационного феромона у американского таракана Рег1р1апе4а атегаоапа Ь.

2. Агрегационннй феромон американского таракана является многокомпонентным, причем в его состав входят по меньшей мере два малолетучих вещества, а возможно и легколетучие компоненты.

3. Две фракции малолетучих компонентов привлекают тараканов, а одна из них, кроме того, обладает арестантными свойствами.

4. Уточнены феромонные агрегационные связи между особями разного пола и возраст, а именно показано, что взрослые самцы американского таракана отвечают на феромон выделяемый как личинками, так и нимфами обоих полов, а также и взрослыми самцами.

Публикации го теме диссертации:

1. Жуковская М.И., Уголев Д.А. Проблема неопределенности при изучении феромонов насекомых (на примере агрегационного феромона американского таракана)//Материалы I коллоквиума секции общественных насекомых Всесоюзного энтомологического общества, Л. 1991. С.

2. Жуковская М.И. Поведенческое доказательство существование агрегационного феромона американского таракана Рег1р1а1^а атегз.оапа (Ь.)// Журн.Эвол.Биохим.Физиол. 1991. Т.27. #5. С.