Самки комаров почувствовали инфракрасное излучение концами антенн

Американские биологи показали, что переносчики ряда опасных вирусов комары Aedes aegypti чувствуют инфракрасное излучение, исходящее от человека, и объединяют его с другими сигналами, чтобы эффективнее находить жертв. Активируемый теплом канал TRPA1 и два опсина в нейронах на кончиках антенн помогают комарам обнаруживать ИК-излучение. Статья опубликована в Nature.

Желтолихорадочные комары Aedes aegypti — основные переносчики вирусов Зика, чикунгунья и возбудителей лихорадки денге и желтой лихорадки. Своих жертв, например, людей, они находят по визуальным сигналам, запаху, выдыхаемому CO₂ и других сигналам, ощущаемым на очень близких расстояниях, включая конвективное тепло. Раннее ученые уже проверяли, воспринимают ли Ae. aegypti инфракрасное излучение (то есть тепло человеческой кожи) на расстоянии, но не нашли этому доказательств. Однако в этих исследованиях ИК-излучение предъявляли отдельно от других значимых стимулов, что могло исказить результаты.

Команда исследователей из Калифорнийского университета во главе с Авинашем Чанделем (Avinash Chandel) решила выяснить, будут ли комары Ae. aegypti реагировать на ИК-излучение в присутствии других сигналов. Самок комаров в клетке помещали на арену, на которой вели установлен две пластины с регулируемой температурой (элементы Пельтье). Одна пластина нагревалась до 34 градусов Цельсия (температура поверхности кожи человека) и излучала волны длиной от 3 до 30 микрометров, а вторая пластина не нагревалась и ее температура соответствовала температуре среды — 29,5 градуса Цельсия. Ученые заблокировали передачу тепла от пластины к клетке путем конвекции и теплопроводности, чтобы убедиться, что комары реагируют именно на излучение, и отслеживали поведение комаров на арене в течение пяти минут: их интересовало, будет ли ИК-излучение от нагретой пластины привлекать комаров.

Самки Ae. aegypti не реагировали на ИК-излучение, пока ученые не добавили к нему сразу оба дополнительных сигнала — человеческий запах и CO₂. Тогда комары стали чаще садиться на прутья клетки со стороны нагретой пластины и вытягивать хоботки, как если бы они активно искали человека. При этом только запах и CO₂ привлекали комаров в два раза хуже, чем все три стимула: запах, углекислый газ и инфракрасное излучение, так что во всех последующих экспериментах помимо ИК-излучения использовались запах и CO₂.

Сильнее всего комары реагировали на ИК-излучение, когда пластина была нагрета до 33-34 градусов, и стремились в эту зону, а при более низких или высоких температурах это предпочтение снижалось. Также предпочтение зоны ИК-излучения снижалось, когда ученые повышали температуру среды — до тех же 34 градусов. Кроме того, исследователи обнаружили, что комары продолжают предпочитать зону ИК-излучения от 34-градусной пластины на расстоянии до 70 сантиметров — то есть далеко за пределами обнаружения конвективного тепла от источника с той же температурой.

Конечные сегменты антенн Ae. aegypti содержат чувствительные к теплу нейроны — и исследователи предположили, что именно они опосредуют распознавание инфракрасного излучения. Чтобы это проверить, ученые отрезали самкам комаров дистальные концы антенн, стараясь сохранить проксимальные части, чтобы комары не лишились обоняния. Затем эксперимент с источником ИК-излучения, человеческим запахом и CO₂ повторили. Комары, которым отрезали концы антенн, больше не предпочитали 34-градусную зону. Тогда ученые поставили пластины вплотную к клетке с комарами, чтобы комары подвергались не только тепловому излучению, но чувствовали тепло благодаря конвекции и теплопроводности. В этом случае комары с поврежденными антеннами явно предпочитали 34-градусную зону, но немного слабее, чем контрольные.

Далее ученые предположили, что за восприятие инфракрасного излучения отвечает рецептор TRPA1, который играет роль теплового сенсора у некоторых комаров и дрозофил и локализуется, в том числе, в нейронах антенн. Мутантные самки без этого рецептора не реагировали на ИК-излучение, но реагировали на конвективное тепло, передающееся от 34-градусной пластины. С помощью гибридизации in situ ученые подтвердили, что ген trpA1 экспрессируется на дистальном конце антенн самок дикого типа. Ученые предположили, что ИК-излучение невысокой интенсивности (как от человеческой кожи) активирует TRPA1 не напрямую — а через термочувствительные опсины, как это происходит у дрозофил. Оказалось, что вместе с trpA1 на концах антенн действительно экспрессируются гены op1 и op2, кодирующие опсины GPROP1 и GPROP2. Мутанты по op1 и op2 с функциональным trpA1 привлекались на ИК-излучение от пластины, нагретой до 35 градусов и выше, однако не реагировали на излучение от источника с температурой 33-34 градуса.

В заключение авторы предложили механизм, благодаря которому самки комаров могут распознавать ИК-излучение. По всей видимости, на тепловое излучение реагируют дендриты нейронов в целоконических сенсиллах на концах антенн. Хотя в предыдущих исследованиях говорилось, что эти сенсиллы реагируют на конвективное тепло, они, по словам ученых, больше напоминают датчики лучистого тепла, поскольку расположены в углублениях.

Несколько лет назад ученые смогли снизить численность желтолихорадочных комаров в двух городах Австралии. Они регулярно выпускали самцов, зараженных определенным штаммом симбиотической бактерии Wolbachia pipientis. Когда эти самцы спаривались с самками, несущими другой штамм этой бактерии, или с теми, у кого вообще не было таких бактерий, отложенные яйца не развивались.