Инсектициды помешали дрозофилам спать и запоминать запахи

Самые популярные в сельском хозяйстве инсектициды (неоникотиноиды) вызвали у дрозофил нарушения сна, циркадного ритма и памяти — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports. Неоникотиноиды воздействовали на никотиновые ацетилхолиновые рецепторы в нейронах мозга мушек и мешали нормальной передаче сигнала. Скорее всего, эти инсектициды представляют такую угрозу не только для насекомых-вредителей, но и для других видов — в том числе и для опылителей.

От насекомых-опылителей зависит 35 процентов растительной продукции в мире, а их численность продолжает падать еще с прошлого века. Несмотря на это, самыми популярными инсектицидами остаются неоникотиноиды, которые действуют неспецифически и наносят урон сразу всем насекомым: как вредным, так и полезным. Некоторые из них даже были запрещены Европейским Союзом, но и там следы пестицидов все еще находят в популяциях шмелей. Неоникотиноиды также хорошо растворяются в воде, что задерживает их в экосистемах.

Негативное воздействие на насекомых неоникотиноидов происходит через никотиновые рецепторы в нейронах: инсектициды связываются с ними и вызывают чрезмерное возбуждение в мозге. Такие рецепторы есть у насекомых в грибовидном теле — структуре мозга, которая отвечает за память. Также никотиновые рецепторы участвуют в передаче визуальных сигналов об освещенности и настройке биологических часов. Влияние неоникотиноидов на паямть и сон у насекомых до сих пор не было достаточно изучено.

Исследователи из университета Бристоля под руководством Киа Тасмана (Kiah Tasman) исследовали влияние неоникотиноидов на модельное насекомое — плодовую мушку Drosophila Melanogaster. Сначала биологи подтвердили общее негативное влияние инсектицидов на дрозофил: как и у шмелей, у мушек снижались продолжительность жизни, подвижность и плодовитость после воздействия веществ в тех концентрациях, что используются в сельском хозяйстве.

Биологи также оценили влияние инсектицидов на память дрозофил и проверили, как насекомые способны запоминать запахи. Ученые кормили их инсектицидами, после чего проводили оценку памяти: совмещали разные запахи с ударами тока, чтобы создать неприятную ассоциацию у мушек, а через час предлагали насекомым вспомнить неприятный запах. Для этого их помещали в длинный рукав Т-образной конструкции, где в оставшихся двух рукавах располагались запахи: неприятный и контрольный. Чем больше дрозофил выбирало контрольный запах из-за неприятных ассоциаций с током, тем лучше был показатель памяти у группы.

Три из четырех неоникотиноидов: имидаклоприд, клотианидин и тиаметоксам, нарушили память у дрозофил (p < 0,05). Чтобы оценить роль в нарушении никотиновых рецепторов грибовидного тела, которое у насекомых отвечает за память, биологи частично «выключили» их и повторили эксперимент без неоникотиноидов. После этого у плодовых мушек также снизилась способность запоминать запахи, что свидетельствует о необходимости этих рецепторов для запоминания.

Исследователи также изучили у дрозофил циркадные ритмы после корма с инсектицидами. Они использовали специальные мониторы активности — ячейки, в которых записывались подвижность мушек, по которой судили о сне и бодрствовании. Те же три инсектицида значительно нарушили циркадные ритмы дрозофил (p < 0,001). Также все неоникотиноиды вызвали у мушек беспокойный сон: количество эпизодов сна увеличилось, но каждый из них стал значительно короче. 

Биологи также подтвердили роль никотиновых рецепторов в этом процессе, но уже в нейронных сетях биологических часов дрозофил: их частичное выключение вызывало схожие эффекты. Неоникотиноиды также вызвали у мушек нарушения в циклических процессах смены дня и ночи: в норме отростки их нейронов в биологических часах больше ветвятся и образуют связи днем, чем ночью. Однако после воздействия имидаклоприда и клотианидина таких различий между днем и ночью не наблюдалось.

Так британским исследователям удалось показать, что самые распространенные инсектициды оказывают сильное влияние на мозг насекомых и мешают им функционировать, нарушая работу никотиновых рецепторов в структурах памяти и биологических часов. Скорее всего, это касается и насекомых-опылителей, которые важны для сельского хозяйства, так что данные этой статьи — повод пересмотреть использование неоникотиноидов и продолжить поиски более специфичных инсектицидов.

Чтобы дрозофилы хорошо спали, можно не только исключить из их рациона инсектициды, но и убаюкивать их. Недавно мы писали, что ритмичные покачивания помогают плодовым мушкам спать дольше из-за привыкания к определенному стимулу.

Анна Муравьева