Выжившие после контакта с инсектицидами комары научились избегать их запаха
Комары продемонстрировали способность учиться. Эксперименты показали, что самки видов Aedes aegypti и Culex quinquefasciatus, пережившие контакт с инсектицидами, впоследствии избегают их запаха. Данный механизм заметно снижает эффективность химических средств борьбы с этими насекомыми. Как отмечается в статье для журнала Scientific Reports, способность комаров к обучению следует учитывать при использовании инсектицидов.
Комары — переносчики многих опасных инфекций, от малярии до желтой лихорадки. Ежегодно по их вине заболевают и умирают миллионы человек, в первую очередь в развивающихся странах. Наиболее эффективным методом борьбы с комарами считается использование инсектицидов, которыми обрабатывают противомоскитные сетки, помещения и открытые пространства. Однако за последние десятилетия многие комариные популяции перестали реагировать на эти химические соединения. Насекомые приобретают иммунитет к инсектицидам и врожденную склонность держаться подальше от обработанных ими участков.
Некоторые специалисты также предполагают, что комары в течение жизни учатся избегать инсектицидов. В таком случае насекомое, которое выжило после контакта с опасным веществом, запомнит его запах и постарается больше не встречаться с его источником. Впрочем, хотя данная гипотеза и кажется правдоподобной, ее до сих пор не подвергали строгой экспериментальной проверке.
Команда энтомологов под руководством Фредерика Трипе (Frederic Tripet) из Килского университета решила оценить способности комаров к обучению. В центре их внимания оказались желтолихорадочный комар (Aedes aegypti) и комар Culex quinquefasciatus. Исследователи на десять-пятнадцать минут помещали самок этих насекомых в стеклянные пробирки, выстланные бумагой, которая была обработана сублетальной дозой определенного инсектицида. В экспериментах использовались соединения трех классов: фосфоорганические (малатион), карбаматные (пропоксур) и пиретроиды (дельтаметрин, перметрин и лямбда-цигалотрин). Каждый инсектицид авторы тестировали на 200 самках. После контакта с отравленной бумагой умирало около тридцати процентов комарих, а остальные чувствовали себя плохо, но выздоравливали в течение 24 часов. Насекомых из контрольной группы, в которой было всего сто особей, сажали в пробирки с бумагой, обработанной безопасным маслом — силиконовым или оливковым.
Спустя сутки после окончания предварительного этапа Трипе и его коллеги помещали комарих в стандартную экспериментальную установку, которая представляет собой стеклянный тоннель с сетчатыми отсеками на каждом конце. В один из этих отсеков на несколько часов сажали подопытных насекомых, а в отсеке на другом конце находилась приманка — живая крыса. Чтобы добраться до грызуна, комарихи должны была преодолеть кусок москитной сетки, перегороживающий стеклянный тоннель и обработанной инсектицидом или маслом.
В общей сложности авторы провели четыре типа тестов. В первом случае комарих выпускали в установку с сеткой, которая была обработана уже знакомым им инсектицидом. Во втором самок из контрольной группы помещали в тоннель с сеткой, обработанной маслом. В третьем случае комарихи, пережившие контакт с инсектицидом, оказывались в тоннеле с промасленной сеткой, а в четвертом контрольным самкам предстояло столкнуться с обработанной инсектицидами сеткой.
Почти 60 процентов самок желтолихорадочных комаров — как из экспериментальной, так и из контрольной группы — проникли в отсек с крысой, который был отделен от них промасленной сеткой. При этом комарихи, которые уже сталкивались с определенным инсектицидом, избегали обработанной им сетки. Ее пересекли лишь 25 процентов таких особей. Самок из контрольной группы, напротив, пахнущая инсектицидами сетка не напугала: в отсек с крысой проникли 67,5 процента из них. Среди комаров C. quinquefasciatus лишь 12,1 процента самок из экспериментальной группы преодолели обработанное инсектицидами препятствие. Для их сородичей из контрольной группы данный показатель составил 61,9 процента.
Способность избегать поверхностей, обработанных инсектицидами, повысила выживаемость комарих обоих видов. Среди самок A. aegypti, уже знакомых с инсектицидами, до конца эксперимента дожили 38,34 процента особей, а среди их наивных (не сталкивавшихся с инсектицидом) сородичей — лишь 11,5 процента. Для вида C. quinquefasciatus данные показатели составили 32,1 и 12,9 процента соответственно.
В дополнительном эксперименте Трипе с соавторами решили выяснить, как обработанные инсектицидами и наивные комарихи выбирают места для отдыха. Для этого они построили установку, состоящую из двух стеклянных отсеков, соединенных тоннелем. На дне каждого из них находилась чашка Петри с раствором сахарозы и затянутая сеткой пробирка с пропитанной инсектицидом или маслом бумагой внутри. Сетка не давала насекомым проникнуть внутрь пробирки, но не мешала распространению запаха ее содержимого. Комарих сажали в тоннель между отсеками и проверяли, в какой из них они полетят. Экспериментальным особям предлагали сделать выбор между отсеками с инсектицидом и без него, а контрольным — между отсеками с инсектицидом и без него либо между двумя отсеками без инсектицида.
Наивные самки A. aegypti , выбиравшие между двумя отсеками без запаха инсектицидов, не продемонстрировали явных предпочтений. Кроме того, они одинаково часто выбирали отсеки с инсектицидом и без него. Самки из экспериментальной группы избегали отсеков с инсектицидом и в 75,69 процента случаев отдыхали в отсеках без них. Похожие результаты были получены для C. quinquefasciatus. Наивные самки данного вида одинаково часто выбирали отсеки с инсектицидами и без них, а экспериментальные в 83,1 процента случаев предпочитали отдыхать в отсеках без инсектицидов.
Результаты исследования подтверждают, что комарам достаточно всего один раз пережить контакт с поверхностью, обработанной одним из пяти популярных инсектицидов, чтобы начать избегать его запаха. Вероятно, данный механизм встречается в комариных популяциях повсеместно — особенно там, где эти насекомые уже выработали определенную устойчивость к инсектицидам. В результате эффективность химических средств борьбы с ними снижается. По мнению Трипе и его соавторов, способность комаров к обучению следует учитывать, планируя использование инсектицидов.
Комар, залетевший в комнату летней ночью, может надолго лишить вас сна. В материале «Двое в комнате» мы подробно рассказывали о том, что влечет к нам этих насекомых, как избежать их внимания и как с ними бороться.
Сергей Коленов
И таким же образом переместили виртуальные предметы
Исследователи из США выяснили, что крысы способны произвольно активировать нейроны места в гиппокампе, чтобы перемещаться по виртуальному пространству или двигать по нему предметы. Для этого ученые разработали нейроинтерфейс, с помощью которого декодировали нейронную активность крыс, которая возникает, пока они ходят по виртуальной арене. Затем они убедились, что крысы способны ходить по арене, даже когда беговая дорожка отключена от системы виртуальной реальности, а сами они не двигаются — то есть исключительно за счет активации соответствующих нейронов гиппокампа. Работа опубликована в Science. Люди могут моделировать в уме сценарии: вспоминать что-то, фантазировать, представлять себя в месте, где они уже были, и так далее. Все это помогает нам оценивать прошлый опыт, планировать будущее и принимать решения. Важную роль в памяти и воображении играет гиппокамп, в котором, в том числе, расположены нейроны места, формирующие когнитивную карту окружающей среды. Так, например, всякий раз, когда мы проходим по конкретной улице, в гиппокампе последовательно активируются нейроны, ассоциированные с этой местностью. Предполагается, что те же нейроны активируются, когда мы просто воображаем прогулку по этой улице, однако это не проверялось. Ученые уже замечали, что у крыс нейроны места активируются в тех случаях, когда животное видит пищу в одном из рукавов Т-образного лабиринта, попасть в который не может, а затем многократно во время сна. Можно предположить, что животные способны представлять удаленные места или предметы, и таким образом произвольно активировать связанные с ними нейроны гиппокампа. Чтобы проверить, могут ли животные действительно контролировать активность гиппокампа, Чунси Лай (Chongxi Lai) из Медицинского института Говарда Хьюза и его коллеги поместили крыс в виртуальную реальность. Сначала зафиксированные животные могли перемещаться по виртуальному пространству, перебирая лапами по беговой дорожке в виде шарика. Крысы в двумерном виртуальном пространстве должны были достигать визуальных целей — за это они получали пищевое вознаграждение. В это время исследователи записывали активность их гиппокампа. Спустя множество таких испытаний активность гиппокампа декодировалась: компьютер сопоставлял ее с положением крысы на виртуальной арене каждые 100 миллисекунд. Далее беговую дорожку отключали от системы виртуальной реальности, и теперь животные могли перемещаться в ней, лишь контролируя активность своего гиппокампа с помощью нейроинтерфейса. Грызунам нужно было так же, как в первом задании, достичь визуальной цели за вознаграждение. Они могли перебирать лапами по шарику, однако теперь их перемещение по виртуальному пространству зависело только от декодированной активности гиппокампа. Три крысы из четырех справились, хотя на это ушло больше времени. В этих испытаниях также могли бегать по шарику, хотя это уже было необязательно: их реальные движения никак не влияли на перемещение по виртуальной арене. И чем больше испытаний они проходили, тем реже перебирали лапами: в 10 из 161 испытаний животные и вовсе были неподвижны, но при этом все равно достигали цели. Исследователи проверили, может ли активность гиппокампа помогать крысам двигаться в верном направлении случайным образом: они перемешали декодированные местоположения и получили новые — случайные — траектории. Аналогичным образом они поменяли расположение визуальных подсказок, а первоначальные декодированные траектории в этом случае, наоборот, сохранили. В результате на то, чтобы животное достигло цели, стало уходить намного больше времени. То есть активность гиппокампа крыс не была случайной, и именно благодаря ей животные выстраивали верные маршруты в виртуальном пространстве даже без подключенной беговой дорожки. Дальше крысам дали другое задание: им больше не нужно было идти к визуальной подсказке самим, теперь они должны были передвинуть виртуальный предмет в нужное место — как если бы мы представили, что берем кружку со стола и относим ее в раковину. Трем крысам это удалось, и в этих испытаниях они еще чаще оставались неподвижными. Контролируя активность гиппокампа, грызуны могли удерживать виртуальный объект в заданной точке в течение нескольких секунд. Так ученые пришли к выводу, что крысы способны представлять как свое перемещение по виртуальному пространству, так и перемещение в нем предметов, и вызывать тем самым такую же активность в гиппокампе, которая бы сопровождала реальное передвижение. Когда люди вспоминают предметы или видеоролики, в гиппокампе активируются те же нейроны, что и во время просмотра этих роликов или при взгляде на предметы. Вероятно, обнаруженная способность животных избирательно активировать нейроны гиппокампа, связанные с пространственными представлениями, лежит в основе нашей способности активно вспоминать или представлять себе места, в которых мы не находимся прямо сейчас, или, как говорят авторы, «совершать мысленные путешествия во времени». Однако пока нерешенным остается вопрос о том, представляют ли крысы, что перемещаются в виртуальном пространстве сами, или думают лишь о местоположении визуальной подсказки. Так или иначе, подход, использованный учеными, может позволить и дальше изучать ментальную навигацию у животных. Ранее ученые обнаружили, что нейроны места активируются и тогда, когда животным нужно определить местоположение сородичей, находящихся поблизости.
