Природа планеты Земля уникальна, пока не доказано обратное. Флора и фауна сосуществуют в условиях хрупкого баланса. Существование некоторых видов животных напрямую зависит от тех или иных видов растений, и наоборот. Однако порой этот баланс нарушается, особенно если включить в него техногенный и человеческий факторы. В результате некоторые виды растений (особенно сельскохозяйственного назначения) должны быть исключены из меню травоядных, но достичь этого непросто. Ученые из Сиднейского университета (Австралия) разработали технологию «виртуального» соседа, т. е. запаха, который уводит внимание травоядных животных от реального растения. Подобная тактика использовалась и ранее, но с реальными растениями-соседями. Как именно работают виртуальные соседи, и насколько данные метод эффективен? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Основа исследования
Травоядные животные нередко питаются растениями, которые имеют либо экологическую, либо экономическую ценность. Если рядом с ценными растениями высаживать растения-обманки, служащие отвлечением внимания животных, то они будут конкурировать за ресурсы с целевыми растениями.
Травоядные млекопитающие обычно добывают пищу, перемещаясь по гетерогенным ландшафтам с неоднородными пищевыми ресурсами. Чтобы максимизировать эффективность кормодобывания в таких ландшафтах, животные ищут участки с высококачественной пищей и избегают участков низкого качества. На этих участках произрастают растения, обладающие низкой питательной ценностью и/или химической/физической защитой от животных (неприятный запах/вкус, колючки и т. д.). Вкусные растения на таких участках могут получить защиту от травоядных животных со стороны своих низкокачественных соседей. Грубо говоря, если среди вонючих сорняков растет куст розы, то ее запах будет замаскирован запахов соседей.
Именно запах является одним из важнейших параметров выбора того или иного участка для поиска корма среди травоядных. Но запахи растений чрезвычайно сложны. Они содержат сотни летучих органических соединений (VOC от volatile organic compound), многие из которых распространены среди разных видов растений и, скорее всего, представляют собой неинформативный шум. Информация о VOC, которую травоядные млекопитающие используют для распознавания растений среди этого сложного обонятельного шума, остается плохо изученной.
Определение информации о запахе имеет решающее значение для понимания ее роли во взаимодействиях растений и травоядных в рамках поиска пищи и, в более широком смысле, в рамках любых экологических взаимодействиях, опосредованных запахом. Это также может иметь решающее значение для разработки новых способов решения проблем с поеданием животными ценных растений. Например, разработанные искусственные запахи могут быть использованы для информирования травоядных животных, изменяя их решения о поиске пищи и отталкивая их от ценных растений. Другими словами, созданный запах может служить обманкой/маскировкой для ценного растения.
Изображение №1
Целью рассматриваемого нами исследования (схема выше) было создание искусственных информативных запахов, которые будут менять восприятие травоядными, тем самым маскируя ценные растения. В частности, ученые проверили, могут ли информативные VOC неприятных (низкокачественных) видов растений заменить настоящие растения, но при этом обеспечить ассоциативное убежище для вкусных саженцев другого вида.
Результаты исследования
Wallabia bicolor
В качестве модели для исследования были использованы болотные валлаби (Wallabia bicolor), добывающие пищу в эвкалиптовых лесах на востоке Австралии. Болотные валлаби являются местными, многочисленными, среднего размера (13–17 кг) животными, экологически эквивалентными многим видам оленей, антилоп и слонов в Европе, Северной Америке, Азии и Африке. Роль «неприятного» вида растений исполнил острый кустарник Boronia pinnata, а роль приятного — Eucalyptus punctata. Оба были частью местного растительного сообщества в зоне проживания валлаби.
Boronia pinnata (слева) и Eucalyptus punctata (справа).
Чтобы определить профиль запаха и предполагаемые информативные комбинации VOC для B. pinnata, ученые сначала собрали выбросы VOC «в свободное пространство» от 30 растений в ходе двух отборов проб. Ученые проанализировали эти выбросы с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC-MS от gas chromatography–mass spectrometry), получив полный профиль запаха из 482 VOC.
Поскольку многие виды растений выделяют VOC совместно, такие VOC могут нести информацию о конкретном виде растений только в том случае, если они производятся последовательно и в различных комбинациях для этого вида, обычно описываемых как VOC пара.
Для идентификации предположительно информативных пар VOC использовались два «правила надежности»: VOC пары должны выделяться:
- последовательно (более чем 50% растений, отобранных для отбора проб);
- в точных пропорциях [от 0.5 (умеренная точность) до 0 (абсолютная точность)].
Из этих правил ученые выбрали семь VOC из группы предположительно информативных VOC пар: туйон, γ-терпинен, толуол, α-пинен, терпинолен, ацетон и α-терпинеол.
Затем были созданы три искусственных запаха, которые исполнят роль виртуальных соседей: информативный, неинформативный и с обратной пропорцией. Для информативных объединялись семь VOC (в шести парах) в правильных информативных пропорциях. Для информативных объединялись семь новых VOC, которые были зарегистрированы у B. pinnata, но оказались ниже выбранного учеными порога надежности. В случае обратной пропорции относительное количество информативных VOC инвертировалось внутри пар. Эта вариант позволял проверить теорию о том, что значение имеет относительное количество информативных VOC, а не просто их присутствие.
Чтобы проверить, как валлаби реагировали на три варианта виртуальных соседей по сравнению с реальным растением B. pinnata, ученые использовали их в полевых условиях в трех конфигурациях: реальное растение B. Pinnata, процедурный контроль и необработанный контроль.
Настоящий вариант представляла собой один саженец E. punctata, окруженный пятью равномерно расположенными растениями B. pinnata, что позволяло напрямую сравнивать реальных и виртуальных соседей. Необработанный контрольный вариант представлял собой одиночный саженец E. punctata. Процедурным контрольным вариантом был один саженец E. punctata, окруженный пятью виртуальными соседями (дозаторами запаха).
Все шесть вариантов были размещены на случайно выбранных участках (n = 15 на обработку, на расстоянии не менее 50 м друг от друга). На каждом участке пять виртуальных или реальных соседей были размещены по кругу (радиусом 1 м) вокруг одного саженца E. Punctata, расположенного в центре.
Для виртуальных соседей искусственный запах (в общем объеме 2.96 мл) был помещен в диффузионный флакон из стекла, расположенный в специально изготовленный дозатор запаха. Ученые подтвердили, что уровень выбросов VOC от 2.96 мл был эквивалентен уровню выбросов VOC от одного настоящего куста B. Pinnata.
Чтобы оценить эффективность того или иного варианта, проводилась количественная оценка времени, необходимого валлаби для первого просмотра саженцев E. punctata на участке.
Изображение №2
Время первого контакта валлаби и саженцев E. punctata значительно различалось в зависимости от варианта (график выше). Информативные виртуальные соседи обеспечивали реальное убежище от болотных валлаби, эквивалентное защите, обеспечиваемой настоящими растениями B. Pinnata.
Коэффициенты пропорциональных рисков Кокса показали, что валлаби обращали внимание на саженцы E. Punctata в 20 раз чаще в случае необработанного контроля (без реальных/виртуальных соседей), чем в случае наличия информативных виртуальных соседей. И в 17 раз чаще по сравнению с наличием реальных соседей (B. Pinnata).
Саженцы E. Punctata в конфигурации с обратной пропорцией, неинформативными виртуальными соседями, а также пустыми дозаторами запаха (процедурный контроль), привлекали внимание валлаби с частотой, как и в случае одиночного саженца E. Punctata (без реальных или виртуальных соседей).
Когда валлаби обращали внимание на саженец E. punctata, то обычно съедали всю листву (75 из 82 саженцев) или большую часть листвы (7 из 82 саженцев).
Результаты наблюдений показывают, что информативные виртуальные соседи стали убежищем для целевых саженцев, успешно заменяя реальные растения-соседи. Это является четким доказательством того, что определенное подмножество VOC, использованное в определенных пропорциях, призванных быть информативными, на самом деле было информативным для валлаби и может быть успешно использовано в качестве обонятельной дезинформации. А факт того, что вариант с обратной пропорцией не смог уберечь целевое растение, доказывает, что важна правильная пропорция VOC, а не само их наличие.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
В рассмотренном нами сегодня труде ученые провели необычный опыт. Они использовали искусственно созданные запахи, чтобы замаскировать растение E. Punctata от болотных валлаби.
В условиях дикой природы травоядные животные часто ориентируются именно на запах, когда ищут максимально подходящее место для поиска пищи. Наблюдения показали, что в ситуации, когда вкусное для животного растение окружено невкусными, оно остается незамеченным. Следовательно, дабы защитить определенное растение, можно либо высадить вокруг него растения-обманки, либо использовать дозаторы с искусственно воссозданным запахом.
Чтобы создать такой запах, необходимо точно определить какие летучие органические соединения и в какой пропорции привлекают/отталкивают травоядных животных.
Ученые отмечают, что ущерб, наносимый травоядными животными, варьируется в деталях и контексте в глобальном масштабе: разные растения, разные травоядные животные, разные ландшафты. Однако, независимо от контекста, логический подход, используемый для определения предположительно информативных соединений тех или иных видов растений, вероятно, применим ко многим травоядным млекопитающим.
Следовательно, используя аналогичную тактику обонятельной дезинформации, виртуальные соседи представляют собой новый подход, который потенциально может быть использован в качестве безвредного, несмертельного, экономически эффективного инструмента для защиты ценных (с экологической или аграрной точки зрения) растений от травоядных.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
