Xác định vị trí nút ói của cào cào: Kích thích xúc giác từ các vùng cơ thể khác nhau ảnh hưởng đến phản ứng nôn của Schistocerca Serialis Cubense (Orthoptera)

Jorge H. Medina-Duran1, Amy Dickerson1, Jordan Salomon2, Chujun Li1, Hojun Song1
1Department of Entomology, Texas A&M University, College Station, USA
2Department of Veterinary Integrative Biosciences, Texas A&M University, College Station, USA

Tóm tắt

Hành vi nôn là một chiến lược phòng thủ hiện có trong nhiều bộ côn trùng, nơi những con mồi ăn thực vật có thể tiếp nhận các chất chuyển hóa độc hại thứ cấp từ thực vật và tích trữ chúng để sau này thải ra miệng khi bị đe dọa. Nghiên cứu về hành vi nôn đã tập trung vào thành phần hóa học của nó, mối quan hệ với chế độ ăn uống, và hiệu ứng độc hại của nó đối với các kẻ đi săn. Tuy nhiên, gần như không có thông tin nào về các cơ chế gần gũi kích thích hành vi này. Bởi vì nôn được kỳ vọng là liên quan chặt chẽ với cấu trúc và kiểm soát của ruột, chúng tôi đã đặt mục tiêu xác định xem áp lực tác động đến các vùng cơ thể khác nhau (đầu, ngực, chân sau và bụng) của cào cào có gây ra các phản ứng khác nhau hay không. Chúng tôi phát hiện ra rằng các phản ứng nôn khác nhau rõ rệt khi kích thích các vùng cơ thể khác nhau. Kích thích ở ngực kích thích hành vi nôn thường xuyên nhất, có thể do vị trí giải phẫu của kiểm soát thần kinh đối với ruột. Thêm vào đó, chúng tôi đã kiểm tra các phản ứng nôn giữa các giai đoạn nymph khác nhau và thấy rằng hành vi nôn ít có khả năng xảy ra ở cào cào trưởng thành so với các giai đoạn nymph thứ 4 và 5. Những phát hiện này cho thấy rằng sự khác biệt phát triển giữa nymph và cào cào trưởng thành góp phần vào hành vi nôn.

Từ khóa

#nôn #cào cào #hành vi sinh lý #kích thích xúc giác #cơ chế điều khiển

Tài liệu tham khảo

Alborn HT, Hansen TV, Jones TH, Bennett, DC, Tumlinson JH, Schmelz EA, Teal PEA (2007) Disulfooxy fatty acids from the American bird grasshopper Schistocerca americana, elicitors of plant volatiles. Proc Natl Acad Sci USA 104:12976–12981 Ayali A (2004) The insect frontal ganglion and stomatogastric pattern generator networks. Neurosignals 13:20–36 Ayali A, Zilberstein Y, Cohen N (2002) The locust frontal ganglion: a central pattern generator network controlling foregut rhythmic motor patterns. J Exp Biol 205:2825–2832 Banner SE, Wood SJ, Osborne RH, Cattell KJ (1990) Tyramine antagonizes proctolin-induced contraction of the isolated foregut of the locust Schistocerca gregaria by an interaction with octopamine2 receptors. Comp Biochem Physiol Part C 95:233–236 Bateman PW, Fleming PA (2005) Direct and indirect costs of limb autotomy in field crickets, Gryllus bimaculatus. Anim Behav 69:151–159 Bateman PW, Fleming PA (2009) There will be blood: autohaemorrhage behaviour as part of the defence repertoire of an insect. J Zool 278:342–348 Bateman PW, Fleming PA (2013) Signaling or not-signaling: variation in vulnerability and defense tactics of armored ground crickets (Acantoplus speiseri: Orthoptera, Tettigoniidae, Hetrodinae). J Insect Behav 26:14–22 Bates D, Mächler M, Bolker B, Walker S (2015) Fitting Linear Mixed-Effects Models Using lme4. J Stat Softw 67:1–48 Bernays EA, Chapman RF (1973) The regulation of feeding in Locusta migratoria: internal inhibitory mechanisms. Entomol Exp Appl 16:329–342 Bernays EA, Simpson SJ (1982) Control of Food Intake. In: Berridge MJ, Treherne JE, Wigglesworth VB (eds) Advances in Insect Physiology, vol 16. Academic Press, pp 59–118 Calcagno MP, Avila JL, Rudman I, Otero LD, Alonso-Amelot ME (2004) Food-dependent regurgitate effectiveness in the defence of grasshoppers against ants: the case of bracken-fed Abracris flavolineata (Orthoptera: Acrididae). Physiol Entomol 29:123–128 Champely S, Ekstrom C, Dalgaard P, Gill J, Weibelzahl S, Anandkumar A, Ford C, Volcic R, De Rosario H (2020) Basic functions for power analysis. R package version 1.3–0 Clark L, Agricola H-J, Lange AB (2006) Proctolin-like immunoreactivity in the central and peripheral nervous systems of the locust, Locusta migratoria. Peptides 27:549–558 Codella SG, Raffa KF (1995) Host plant influence on chemical defense in conifer sawflies (Hymenoptera: Diprionidae). Oecologia 104:1–11 Cohen J (1988) Statistical power analysis for the behavioral sciences. Lawrence Erlbaum, Hillsdale, New Jersey Copenhaver PF (2007) How to innervate a simple gut: Familiar themes and unique aspects in the formation of the insect enteric nervous system. Dev Dyn 236:1841–1864 Cornell JC, Stamp NE, Bowers MD (1987) Developmental change in aggregation, defense and escape behavior of buckmoth caterpillars, Hemileuca lucina (Saturniidae). Behav Ecol Sociobiol 20:383–388 Curasson G (1934) Sur la toxicité de la sécrétion buccale des Sauterelles. Bull Acad Vet France 7:377–382 Desurmont GA et al (2017) The spitting image of plant defenses: Effects of plant secondary chemistry on the efficacy of caterpillar regurgitant as an anti-predator defense. Ecol Evol 7:6304–6313 Eisner T (1970) Chemical defense against predators in arthropods. In: EaSJB S (ed) Chemical ecology. Academic Press, New York, pp 157–217 Eisner T, Johnessee JS, Carrel J, Hendry LB, Meinwald J (1974) Defensive use by an insect of a plant resin. Science 184:996–999 El Asrar RA, Cools D, Vanden Broeck J (2020) Role of peptide hormones in insect gut physiology. Curr Opin Insect Sci 41:71–78 Fleming PA, Bateman PW (2007) Just drop it and run: the effect of limb autotomy on running distance and locomotion energetics of field crickets (Gryllus bimaculatus). J Exp Biol 210:1446–1454 Fleming PA, Muller D, Bateman PW (2007) Leave it all behind: a taxonomic perspective of autotomy in invertebrates. Biol Rev 82:481–510 Freeman MA (1967) Proteolytic enzymes of the crop fluid from Locusta migratoria L. Comp Biochem Physiol Part C 20:1013–1015 Freeman MA (1968) Pharmacological properties of the regurgitated crop fluid of the African migratory locust, Locusta migratoria L. Comp Biochem Physiol Part C 26:1041–1049 Grant JB (2006) Diversification of gut morphology in caterpillars is associated with defensive behavior. J Exp Biol 209:3018–3024 Hartenstein V (1997) Development of the insect stomatogastric nervous system. Trends Neurosci 20:421–427 Higginson AD, Delf J, Ruxton GD, Speed MP (2011) Growth and reproductive costs of larval defence in the aposematic lepidopteran Pieris brassicae. J Anim Ecol 80:384–392 Lange AB, Orchard I (1998) The effects of SchistoFLRFamide on contractions of locust midgut. Peptides 19:459–467 Lee H-R, Zandawala M, Lange AB, Orchard I (2016) Isolation and characterization of the corticotropin-releasing factor-related diuretic hormone receptor in Rhodnius prolixus. Cell Signal 28:1152–1162 Lymbery A, Bailey W (1980) Regurgitation as a possible anti-predator defensive mechanism in the grasshopper Goniaea sp. (Acrididae, Orthoptera). Aust J Entomol 19:129–130 Mangiafico S (2022) rcompanion: functions to support extension education program evaluation. CRAN R project. https://cran.r-project.org/web/packages/rcompanion/index.html. Accessed 12 July 2022 Opitz SEW, Müller C (2009) Plant chemistry and insect sequestration. Chemoecology 19:117–154 Ortego F, Evans PH, Bowers WS (1997) Enteric and plant derived deterrents in regurgitate of American Bird Grasshopper, Schistocerca americana. J Chem Ecol 23:1941–1950 Peterson SC, Johnson ND, LeGuyader JL (1987) Defensive regurgitation of allelochemicals derived from host cyanogenesis by eastern tent caterpillars. Ecology 68:1268–1272 R Core Team (2021) R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. https://www.R-project.org/ Robertson L, Rodriguez EP, Lange AB (2012) The neural and peptidergic control of gut contraction in Locusta migratoria: the effect of an FGLa/AST. J Exp Biol 215:3394–3402 Rostás M, Blassmann K (2009) Insects had it first: surfactants as a defence against predators. Proc Royal Soc B 276:633–638 Steiner AL (1981) Anti-predator strategies. II. Grasshoppers (Orthoptera, Acrididae) attacked by Prionyx Parkeri and some Tachysphex wasps (Hymenoptera, Sphecinae and Larrinae): A descriptive study. Psyche 88:1–24 Sugiura S (2020) Predators as drivers of insect defenses. Entomol Sci 23:316–337 Sword GA (2001) Tasty on the outside, but toxic in the middle: grasshopper regurgitation and host plant-mediated toxicity to a vertebrate predator. Oecologia 128:416–421 Urbański A, Lubawy J, Marciniak P, Rosiński G (2019) Myotropic activity and immunolocalization of selected neuropeptides of the burying beetle Nicrophorus vespilloides (Coleoptera: Silphidae). Insect Sci 26:656–670 Van Wielendaele P, Dillen S, Marchal E, Badisco L, Vanden Broeck J (2012) CRF-Like diuretic hormone negatively affects both feeding and reproduction in the desert locust Schistocerca Gregaria. PLOS ONE 7:e31425 Waldbauer G (2012) How not to be eaten: the insects fight back. University of California Press, California Whitman DW, Blum M, Alsop DW (1990) Allomones: Chemicals for defense. In: Evans DL, Schmidt JO (eds) Insect defenses: Adaptive mechanisms and strategies of prey and predators. SUNY Press, New York, pp 289–352 Wipfler B, Klug R, Ge S-Q, Bai M, Göbbels J, Yang X-K, Hörnschemeyer T (2015) The thorax of Mantophasmatodea, the morphology of flightlessness, and the evolution of the neopteran insects. Cladistics 31:50–70 Wood SJ, Osborne RH, Banner SE, Cattell KJ (1992) Effects of FMRFamide-related peptides and morphine on the isolated foregut of the locust Schistocerca gregaria. Comp Biochem Physiol Part C 103:315–320 Zvereva EL, Kozlov MV (2016) The costs and effectiveness of chemical defenses in herbivorous insects: a meta-analysis. Ecol Monogr 86:107–124