Как комары выслеживают нас в темноте: ученые раскрыли секрет их теплового зрения

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Комары — существа надоедливые и опасные, переносчики множества болезней, от малярии до лихорадки денге. В борьбе с ними человечество давно ищет эффективные методы, но эти насекомые продолжают ускользать от наших ловушек. В чем секрет их невероятной способности находить свою жертву — человека?

Ученые давно знали, что комары используют комплекс сигналов для поиска цели: углекислый газ из нашего дыхания, запах кожи, визуальные ориентиры. Все это работает на средних и дальних дистанциях. На близком расстоянии в ход идут влажность и конвекционное тепло, исходящее от тела. Но до сих пор оставалось загадкой, как комарам удается с такой точностью ориентироваться на средних дистанциях, где потоки воздуха могут искажать запахи, а зрение не позволяет различить детали.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, приоткрывает завесу этой тайны. Ученые обнаружили, что комары, в частности, опасный вид Aedes aegypti (переносчик лихорадки денге, желтой лихорадки и вируса Зика), обладают уникальной способностью: они чувствуют инфракрасное излучение, исходящее от теплокровных существ.

Глаз комара, иллюстрация
Глаз комара, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Инфракрасное излучение (ИК) — это невидимая для человеческого глаза часть электромагнитного спектра, которая переносит тепловую энергию. Все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, излучают ИК-волны. Человек с температурой кожи около 34°C испускает ИК-излучение с пиком на длине волны около 9,4 мкм. Это излучение может распространяться на значительные расстояния, не завися от потоков воздуха.

a. Известные сенсорные сигналы, связанные с хозяином. b. Способы передачи тепловой энергии: конвекция, кондукция и ИК-излучение. Пиковая длина волны излучения (λM) излучающих тел при температуре 34 °C составляет около 9,4 мкм. c, Ассоциированные с хозяином сигналы, подаваемые во время анализа: запах человека, 5% (v/v) CO2 и тепло в виде ИК-излучения. Клетки были расположены на расстоянии 4 см от стены арены, где находилось устройство Пельтье, чтобы уменьшить влияние конвективных сигналов. Запах человека равномерно наносился на внешнюю сторону сетки клетки из использованной нитриловой перчатки. СО2 подавался через перфорированные трубки, которые образовывали периметр вокруг контрольной и ИК-зон. d, Корпус устройства Пельтье. ИК-прозрачная полиэтиленовая (ПЭ) пленка блокировала конвективные сигналы от попадания на комаров. e, Схема поведенческого анализа. Комарам предъявляли ИК-излучение, а их поведение в поисках хозяина записывалось на видео в течение 5 минут. f, Репрезентативный видеокадр, снятый в ходе эксперимента, в котором самки подвергались воздействию запаха человека и 5% CO2. Одна зона подвергалась воздействию лучистого тепла 34 °C от устройства Пельтье. Устройство Пельтье, расположенное за другой зоной, было выключено и уравновешено температурой окружающей среды (темп.) (29,5 °C). Положение каждого комара, ищущего хозяина, регистрировалось в течение экспериментального окна. Во всех экспериментах, в которых подавался CO2, он применялся с использованием указанного временного ряда (в секундах), если не указано иное. g, PI, рассчитанный по указанной формуле с использованием общего числа наблюдений за поиском хозяина в каждой зоне в течение 5 минут эксперимента. PI < 0 указывает на предпочтение зоны 1; PI > 0 указывает на предпочтение зоны 2.
a. Известные сенсорные сигналы, связанные с хозяином. b. Способы передачи тепловой энергии: конвекция, кондукция и ИК-излучение. Пиковая длина волны излучения (λM) излучающих тел при температуре 34 °C составляет около 9,4 мкм. c, Ассоциированные с хозяином сигналы, подаваемые во время анализа: запах человека, 5% (v/v) CO2 и тепло в виде ИК-излучения. Клетки были расположены на расстоянии 4 см от стены арены, где находилось устройство Пельтье, чтобы уменьшить влияние конвективных сигналов. Запах человека равномерно наносился на внешнюю сторону сетки клетки из использованной нитриловой перчатки. СО2 подавался через перфорированные трубки, которые образовывали периметр вокруг контрольной и ИК-зон. d, Корпус устройства Пельтье. ИК-прозрачная полиэтиленовая (ПЭ) пленка блокировала конвективные сигналы от попадания на комаров. e, Схема поведенческого анализа. Комарам предъявляли ИК-излучение, а их поведение в поисках хозяина записывалось на видео в течение 5 минут. f, Репрезентативный видеокадр, снятый в ходе эксперимента, в котором самки подвергались воздействию запаха человека и 5% CO2. Одна зона подвергалась воздействию лучистого тепла 34 °C от устройства Пельтье. Устройство Пельтье, расположенное за другой зоной, было выключено и уравновешено температурой окружающей среды (темп.) (29,5 °C). Положение каждого комара, ищущего хозяина, регистрировалось в течение экспериментального окна. Во всех экспериментах, в которых подавался CO2, он применялся с использованием указанного временного ряда (в секундах), если не указано иное. g, PI, рассчитанный по указанной формуле с использованием общего числа наблюдений за поиском хозяина в каждой зоне в течение 5 минут эксперимента. PI < 0 указывает на предпочтение зоны 1; PI > 0 указывает на предпочтение зоны 2.
Автор: Chandel, A., DeBeaubien, N.A., Ganguly, A. et al. Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Используя серию экспериментов, ученые доказали, что комары Aedes aegypti действительно реагируют на тепловое ИК-излучение, исходящее от источника, нагретого до температуры человеческой кожи. Оказалось, что этот сигнал усиливает их привлечение к другим запахам, связанным с человеком (CO2 и запаху кожи), позволяя им точно ориентироваться на средних дистанциях (до 70 см).

a,d-f,h, Самки в обеих зонах подвергались воздействию 5% CO2 и запаха человека. Зона 1 находилась при температуре окружающей среды (29,5 °C). Зона 2 подвергалась воздействию ИК-источника при 34 °C (a,d,f), всех трех форм теплопередачи при 34 °C (e) или ИК-источника только при указанной температуре (h). a, Влияние CO2 на навигацию к ИК на основе IHSI. Среднее значение IHSI в зонах +IR и -IR отражает общую тенденцию поиска хозяина в конкретный момент времени во время воздействия CO2. b, Терминальный жгутик в антенне Aedes. cs, койлоконические сенсиллы. Предполагаемые термосенсорные нейроны показаны тиловым цветом. c - место вскрытия, где были удалены концы антенн. d - анализы предпочтения ИК-излучения, проведенные с препарированными (diss.) и не препарированными (intact) самками комаров дикого типа (LVP) в присутствии или отсутствии ИК. e - анализы предпочтения ИК-излучения, проведенные с препарированными и не препарированными самками комаров LVP в присутствии или отсутствии всех трех форм теплопередачи: ИК, кондуктивного (конд.) и конвективного (конв.) тепла. f, Скрининг мутантных линий на предмет влияния на предпочтение ИК. LVP и Orlando (ORL) - контрольные линии дикого типа. g, qPCR-анализ всех 10 генов опсина Aedes с использованием РНК из антенн самок. n = 3 биологических реплик. Складное изменение экспрессии рассчитывалось путем нормализации к наименьшему количеству опсина, op12. h, Влияние мутаций trpA11 и op12,op21 на предпочтение ИК-излучения в диапазоне температур Пельтье. Статистический анализ проводили с помощью одностороннего ANOVA с тестом множественных сравнений Тьюки (f и h) и параметрических двуххвостых t-тестов Стьюдента (d и e); *P < 0,05. Для a, d-f и h, n = 6 биологических реплик для каждой группы. Точные значения P приведены в качестве исходных данных.
a, d-f, h, Самки в обеих зонах подвергались воздействию 5% CO2 и запаха человека. Зона 1 находилась при температуре окружающей среды (29,5 °C). Зона 2 подвергалась воздействию ИК-источника при 34 °C (a, d, f), всех трех форм теплопередачи при 34 °C (e) или ИК-источника только при указанной температуре (h). a, Влияние CO2 на навигацию к ИК на основе IHSI. Среднее значение IHSI в зонах +IR и -IR отражает общую тенденцию поиска хозяина в конкретный момент времени во время воздействия CO2. b, Терминальный жгутик в антенне Aedes. cs, койлоконические сенсиллы. Предполагаемые термосенсорные нейроны показаны тиловым цветом. c — место вскрытия, где были удалены концы антенн. d — анализы предпочтения ИК-излучения, проведенные с препарированными (diss.) и не препарированными (intact) самками комаров дикого типа (LVP) в присутствии или отсутствии ИК. e — анализы предпочтения ИК-излучения, проведенные с препарированными и не препарированными самками комаров LVP в присутствии или отсутствии всех трех форм теплопередачи: ИК, кондуктивного (конд.) и конвективного (конв.) тепла. f, Скрининг мутантных линий на предмет влияния на предпочтение ИК. LVP и Orlando (ORL) — контрольные линии дикого типа. g, qPCR-анализ всех 10 генов опсина Aedes с использованием РНК из антенн самок. n = 3 биологических реплик. Складное изменение экспрессии рассчитывалось путем нормализации к наименьшему количеству опсина, op12. h, Влияние мутаций trpA11 и op12, op21 на предпочтение ИК-излучения в диапазоне температур Пельтье. Статистический анализ проводили с помощью одностороннего ANOVA с тестом множественных сравнений Тьюки (f и h) и параметрических двуххвостых t-тестов Стьюдента (d и e); *P < 0,05. Для a, d-f и h, n = 6 биологических реплик для каждой группы. Точные значения P приведены в качестве исходных данных.
Автор: Chandel, A., DeBeaubien, N.A., Ganguly, A. et al. Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Но как комары «видят» инфракрасное излучение, если у них нет специальных «тепловизионных» органов? Исследователи предполагают, что ИК-излучение вызывает локальный нагрев чувствительных структур на кончике антенн комаров, активируя терморецепторы. Ключевую роль в этом процессе играет ионный канал TRPA1, который известен как датчик тепла у других насекомых. Мутантные комары, лишенные TRPA1, полностью теряют способность ориентироваться на ИК-излучение.

Гибридизационный анализ in situ мРНК trpA1, op1, op2 и orco на кончике усика самки (13-й жгутик). a, Зондирование мРНК trpA1 в контроле дикого типа и мутанте trpA11. b, Зондирование мРНК op1 в контроле дикого типа и мутанте op12. c, Зондирование мРНК op2 в контроле дикого типа и мутанте op21. Для a-c, n ≥ 5. d-g, Двойные гибридизации in situ в усиках дикого типа. Ко-локализации сигналов показаны белым цветом на объединенных подпанелях. d, Анализ гибридизации in situ trpA1 (зеленый) и op1 (пурпурный). e, Анализ гибридизации in situ trpA1 (зеленый) и op2 (пурпурный). f, Анализ гибридизации in situ op1 (зеленый) и op2 (пурпурный). g, Анализ гибридизации in situ trpA1 (зеленый) и orco (пурпурный). Для d-g, n = 3. Масштабные линейки, 20 мкм (полные виды) и 5 мкм (вставки).
Гибридизационный анализ in situ мРНК trpA1, op1, op2 и orco на кончике усика самки (13-й жгутик). a, Зондирование мРНК trpA1 в контроле дикого типа и мутанте trpA11. b, Зондирование мРНК op1 в контроле дикого типа и мутанте op12. c, Зондирование мРНК op2 в контроле дикого типа и мутанте op21. Для a-c, n ≥ 5. d-g, Двойные гибридизации in situ в усиках дикого типа. Ко-локализации сигналов показаны белым цветом на объединенных подпанелях. d, Анализ гибридизации in situ trpA1 (зеленый) и op1 (пурпурный). e, Анализ гибридизации in situ trpA1 (зеленый) и op2 (пурпурный). f, Анализ гибридизации in situ op1 (зеленый) и op2 (пурпурный). g, Анализ гибридизации in situ trpA1 (зеленый) и orco (пурпурный). Для d-g, n = 3. Масштабные линейки, 20 мкм (полные виды) и 5 мкм (вставки).
Автор: Chandel, A., DeBeaubien, N.A., Ganguly, A. et al. Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5 CC-BY 4.0 Источник: www.nature.com

Более того, на кончике антенн обнаружены два светочувствительных белка — опсины. Эти белки могут усиливать сигнал от TRPA1 при слабом ИК-излучении. Мутантные комары, лишенные обоих опсинов, демонстрируют снижение чувствительности к ИК, особенно при низких уровнях излучения.

Открытие теплового зрения у комаров — важный шаг в понимании механизмов, которые позволяют им находить свою жертву. Это открывает новые перспективы для разработки эффективных методов борьбы с этими насекомыми. Возможно, в будущем удастся создать ловушки, имитирующие ИК-излучение человека, или репелленты, блокирующие терморецепторы комаров.

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Одна из культовых часовых форм приходит к нам в доступном бюджете

Модели из коллекции Martin от Mathey-Tissot, безусловно, вдохновляются формой легендарных «Овалов» Patek Philippe, делая ее доступной самому широкому кругу любителей часов: стоимость кварцевых...

Тартифлет: как картофель, бекон и реблошон стали альпийской классикой, которой нет и полувека

Тартифлет выглядит так, будто его ели в савойских шале задолго до появления горнолыжных курортов. Картофель, бекон, лук, белое вино и круг реблошона, расплавившийся сверху, слишком хорошо совпадают...

Почему лось массой 600–700 кг спокойно ходит по болоту, а человека весом 60–70 кг трясина затягивает

Человеку в болотистых районах угодить в зыбкую топь по пояс — дело нехитрое, а вот высвободиться оттуда — задача совсем непростая. А вот животные, даже очень крупные, словно...

Почему в СССР потратили сотни миллионов рублей на тоннель под Амуром, хотя рядом уже был мост

В 1937 году неподалёку от Хабаровска началось строительство железнодорожного тоннеля под Амуром. Работы велись в условиях секретности, к ним привлекли специалистов московского Метростроя, военных...

Компьютерный принцип в аналоговом звуке: зачем Technics установила сменный картридж в усилитель 1988 года

Японская корпорация Matsushita Electric запустила производство интегрального усилителя Technics SU-V450 в 1988 году и выпускала этот аппарат до 1991 года. Корпус с габаритами 430 x 126 x 311 мм и...

Минус 3 триллиона долларов за день: почему в США обвалились акции ИИ-компаний

Первые торги после промежуточных выборов в США закончились ростом. Однако уже на следующий день, 5 ноября 2026 года, началась распродажа, особенно сильная среди компаний, связанных с...