Обоняние комара: что это за жужжание?
Если вам кажется, что вы привлекаете комаров, значит, вы что-то задумали. Самкам большинства видов комаров необходимо питаться кровью, чтобы производить яйца, и они используют специальные органы чувств, чтобы высмотреть свою следующую жертву. Слюна, которую они оставляют после "укуса", может вызывать все - от легкого зуда до болезненных шишек и лихорадки. Эти жаждущие насекомые используют свою способность обнаруживать углекислый газ, молекулы запаха и тепло, чтобы найти пищу. В этой статье мы рассмотрим основы обоняния у комаров: как они пахнут, как выглядит их "нос" и как именно они обнаруживают таких людей, как вы. Комары - это не только жужжание и укусы! Лучшее понимание того, как комары определяют запахи и находят добычу, может стать ключом к защите от болезней, которые они вызывают.
Основы
Вы когда-нибудь выходили из бассейна только для того, чтобы каждые несколько секунд стряхивать комаров со своей кожи? Заканчиваете ли вы лето с комариными укусами, усеявшими ваши ноги? Если вам кажется, что комары пристают к вам, то вы не один такой. Самкам большинства видов комаров необходимо потреблять кровь, чтобы производить яйца, и они используют специализированные органы чувств, чтобы высмотреть себе следующую жертву. Слюна, которую они оставляют после "укуса", может вызвать что угодно - от легкого зуда до болезненных бугорков и лихорадки. Хотя, скорее всего, нет какой-то одной причины, по которой вы привлекаете всех комаров, есть несколько факторов, которые могут сделать вас особенно привлекательным.
В поисках пищи комары используют множество признаков, таких как тепло тела и уровень углекислого газа (CO2), которые говорят им о том, что поблизости находится дышащее животное. Комары могут почувствовать CO2 на расстоянии почти 30 футов! Обнаружив потенциальную цель, комары приближаются к ней с помощью обоняния, следуя за вкусным запахом, пока не подойдут совсем близко [ 1 ]. Затем они переходят на тепловое обоняние, чтобы определить идеальное место для укуса, и садятся на вашу кожу. Как же комары на самом деле обнюхивают вас? И, учитывая, что в мире насчитывается 3559 видов комаров, почему все они стремятся укусить определенных людей больше, чем других [1]?
Как комары чувствуют запахи?
Давайте сначала остановимся на основах биологии обоняния, которое представляет собой сложную и тонко настроенную систему. Обоняние распознает молекулы, которые влетают в ваш нос, или вокруг антенн комаров. Один запах, например запах шоколада или свежескошенной травы, состоит из сотен различных молекул запаха, обнаруженных вместе. Возможно, вы нюхали духи и уловили запах ванили или нотки лимона. Подумайте об этом, как о прекрасном музыкальном произведении. Наши уши смешивают ноты аккорда, чтобы получить один звук, а наши носы смешивают множество молекул, чтобы сформировать специфический запах.
Каждый из многочисленных типов молекул запаха распознается определенным обонятельным нейроном (OSN) в носу. OSN и молекулы запаха работают подобно замкам и ключам. Каждый ключ открывает определенный замок, так же как и каждая молекула запаха распознается определенным OSN. У некоторых комаров имеется более 80 различных типов ОСН, но это число не идет ни в какое сравнение с 350 типами ОСН, которые находятся в вашем носу [ 2 , 3 ]!
OSN сообщают мозгу, какие молекулы запаха были обнаружены. Поскольку каждый OSN обнаруживает одну конкретную молекулу, а запахи состоят из сотен различных молекул, информация, посылаемая в мозг, представляет собой список отдельных молекул запаха. Мозг должен прочитать этот список и понять, какому запаху он соответствует. Это называется обонятельным кодом, и он практически бесконечен. Это как письменность: в английском языке всего 26 букв, а слов - тысячи. Точно так же у нас есть 350 типов ОСН, но мы можем распознавать тысячи различных запахов - некоторые даже утверждают, что их более триллиона [2, 3]!
Как выглядит нос комара?
У насекомых, таких как комары, нет носа, как у людей. Вместо этого у них есть несколько обонятельных органов, торчащих из тела, каждый из которых выполняет роль маленького носа. Вы, вероятно, уже знаете, как выглядят эти органы. У взрослых комаров это усики, хоботок (часть рта, которая высовывается, чтобы ткнуть вас) и верхнечелюстные пальпы (маленькие коготки вокруг лица) (рис. 1) [1]. На усиках у комаров есть крошечные сенсорные щетинки. Вы могли видеть эти пушистые волоски на фотографиях насекомых крупным планом. Все эти органы покрыты ОСН, которые позволяют комарам обнаруживать молекулы запаха, парящие поблизости.
Как эти запахи "выглядят" в комарином мозге?
Теперь, когда вы знаете, как комары улавливают запахи из окружающей среды, давайте обсудим, как запахи "выглядят" в их мозге. Когда OSN обнаруживает молекулу запаха, он сообщает об этом в мозг, посылая сигнал в структуру, называемую гломерулой, которая находится в передней части мозга насекомого в области, называемой антеннальной долей (рис. 1). Гломерулы - это круглые скопления окончаний клеток мозга, где руки ОСН, называемые аксонами, соприкасаются с руками других клеток мозга (рис. 2). Вы можете представить гломерулы как места, где клетки мозга "пожимают друг другу руки" и передают информацию о запахах.
При контакте с гломерулами OSN очень организованы: все OSN, обнаруживающие определенный тип молекулы запаха, направляют свои окончания к одному и тому же гломерулу (рис. 2). Это означает, что гломерулы объединяют информацию, поступающую от множества различных OSN в различных частях обонятельных органов комара. Ученые называют эти гломерулы картой запахов, поскольку каждый гломерул передает информацию о присутствии определенной молекулы запаха [1, 4 ]. В гломерулах клетки, которые "обмениваются рукопожатием" с OSNs, затем передают информацию о запахе из антеннальной доли в более глубокие части мозга комара, отсюда и их название: проекционные нейроны (рис. 1).
Исследования следующего этапа распознавания запахов в мозге комара - нейронов высшего порядка - отсутствуют. К счастью, гораздо больше исследований было проведено на родственном насекомом - плодовой мушке. Последний общий предок плодовых мушек и комаров жил 260 миллионов лет назад, но их мозг очень похож. У мух проекционные нейроны направлены на области, называемые боковым рогом и грибовидным телом. Ученые считают, что эти области похожи и в мозге комара... а также у человека [1, 5 ]! Как и у мух и комаров, ваши OSN посылают свои руки к гломерулам, которые формируют карту запахов в вашем мозге [3]. Мы можем быть совсем не похожи на комаров, и нас разделяет более 800 миллионов лет эволюции, но базовая биология наших органов чувств удивительно похожа.
Как комары узнают, кого им следует кусать?
Теперь вы понимаете, как пахнут комары и люди. А как же наш первоначальный вопрос - как комары узнают, что им следует вас укусить? Недавние исследования показали, что на усиках комаров есть OSN, которые специфически распознают людей, позволяя им обнаруживать молекулы запаха из нашего пота [ 6 ]. Чтобы проверить эту теорию, исследователи удалили антенны у группы комаров. Лишенные антенн комары выслеживали будущую пищу с помощью CO2и обнаружение тепла. Однако им с трудом удавалось обнаружить человека [6]. Особой молекулой запаха человека, которую они перестали определять, была молочная кислота - молекула, выделяемая кожей, когда мы потеем.
OSN, которая помогает комарам обнаруживать молочную кислоту, называется Ir8a. Когда исследователи "вырубили" эту OSN, они обнаружили, что комаров не так сильно привлекают люди - они стали охотиться на них примерно в два раза реже [6]! Это означает, что люди с высоким содержанием молочной кислоты на коже, вероятно, пахнут для комаров вкуснее. Молочная кислота - это побочный продукт процесса, который клетки организма используют для получения энергии, когда вы занимаетесь спортом или физическими упражнениями. Поэтому у людей, которые недавно занимались спортом, на коже больше молочной кислоты, а значит, они, скорее всего, будут более вкусной закуской для комаров.
Что дальше?
Молочная кислота - ключевой ингредиент запаха человеческого тела, привлекающий комаров. Но мы не знаем всех других сложных запахов, которые могли бы сделать человека особенно неотразимым для комаров. Хорошая новость заключается в том, что этот вопрос все еще открыт для исследования, и вы можете стать тем ученым, который найдет на него ответ! Если вам это удастся, вы даже сможете создать идеальную ловушку для комаров и покончить с жужжанием и зудом. Более того, многие болезни, такие как малярия, лихорадка Зика и лихорадка денге, переносятся комарами. Выяснение того, как заставить зараженных комаров перестать кусать людей и передавать болезни, имеет серьезные положительные последствия для жизни людей.
Мы не можем гарантировать лето без клопов, но спреи, маскирующие человеческий запах, могут помочь. Полезно заменить человеческий запах тем, что не нравится комарам, например эвкалиптом. Принимать душ сразу после тренировки тоже важно, так как во время занятий мышцы выделяют молочную кислоту, которую комары и вынюхивают. Если ничего не получается, обнимите приятеля, который не кусается. Может быть, некоторые химические вещества из их кожи, отпугивающие комаров, попадут и на вас!
