Без острого обоняния комары не ушли бы далеко. Они полагаются на это чувство, чтобы найти хозяина, чтобы укусить, и места для откладывания яиц.
А без этого обоняния комары не могли бы определить свой основной источник пищи: нектар из цветов.
«Нектар является важным источником пищи для всех комаров», - сказал Джеффри Риффелл, профессор биологии Вашингтонского университета. «Для самцов комаров нектар является единственным источником пищи, а самки комаров питаются нектаром всю свою жизнь, кроме нескольких дней."
Тем не менее ученые мало знают об ароматах, которые привлекают комаров к одним цветам или отталкивают их от других. Эта информация может помочь разработать менее токсичные и лучшие репелленты, более эффективные ловушки и понять, как мозг комара реагирует на сенсорную информацию, включая сигналы, которые иногда заставляют самку комара укусить одного из нас.
Команда Риффелла, в которую входят исследователи из Университета Вашингтона, Технологического института Вирджинии и Калифорнийского университета в Сан-Диего, обнаружила химические сигналы, которые заставляют комаров опылять особенно привлекательные виды орхидей. Как они сообщают в статье, опубликованной 23 декабря в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, орхидея производит точно сбалансированный букет химических соединений, которые стимулируют обоняние комаров. Сами по себе некоторые из этих химических веществ оказывают либо притягательное, либо репрессивное воздействие на мозг комара. В сочетании в том же соотношении, что и в орхидее, они привлекают комаров так же эффективно, как и настоящий цветок. Команда Риффелла также показала, что одно из ароматических химических веществ, отпугивающих комаров, освещает ту же область мозга комаров, что и ДЭТА, распространенное и спорное средство от комаров..
Их результаты показывают, как экологические сигналы от цветов могут стимулировать мозг комара так же сильно, как и теплокровный хозяин, и могут привлечь комара к цели или отправить его в другом направлении, сказал Риффелл, который является старшим. автор исследования.
Орхидея с тупыми листьями, или Platanthera obtusata, растет в прохладном климате высоких широт Северного полушария. На полевых станциях в Национальном лесу Оканоган-Венатчи в штате Вашингтон команда Риффелла подтвердила прошлые исследования, показывающие, что местные комары опыляют этот вид, но не его близких родственников, которые растут в той же среде обитания. Когда исследователи накрывали цветы мешками, лишая комаров визуальной подсказки о цветке, комары все равно садились на цветы в мешках и пытались прокормиться через холст. Запах орхидеи явно привлекал комаров. Чтобы выяснить, почему, команда Риффелла обратилась к отдельным химическим веществам, из которых состоит аромат орхидеи с тупыми листьями.
«Мы часто описываем «запах», как если бы это было что-то одно - как запах цветка или запах человека», - сказал Риффелл. «Запах на самом деле представляет собой сложную комбинацию химических веществ - запах розы состоит из более чем 300 - и комары могут определять отдельные типы химических веществ, из которых состоит запах».
Риффелл описывает запах туполистной орхидеи как травянистый или мускусный запах, в то время как у ее близких родственников более сладкий аромат. Команда использовала газовую хроматографию и масс-спектроскопию, чтобы идентифицировать десятки химических веществ в запахах видов Platanthera. По сравнению со своими родственниками, аромат орхидеи с тупыми листьями содержал большое количество соединения, называемого ноналом, и меньшее количество другого химического вещества, сиреневого альдегида..
Команда Риффелла также зафиксировала электрическую активность в антеннах комаров, которые улавливают запахи. И нонаналь, и сиреневый альдегид стимулировали усики комаров, обитающих в среде обитания туполистной орхидеи. Но эти соединения также стимулировали усики комаров из других регионов, в том числе Anopheles stephensi, распространяющих малярию, и Aedes aegypti, распространяющих лихорадку денге, желтую лихорадку, вирус Зика и другие болезни.
Эксперименты с поведением комаров показали, что как местные, так и неместные комары предпочитают раствор нонаналя и сиреневого альдегида, смешанных в том же соотношении, что и в цветках с тупыми листьями. Если исследователи исключали из рецепта сиреневый альдегид, комары теряли к нему интерес. Если бы они добавили больше сиреневого альдегида - в количествах, характерных для близких родственников орхидей с тупыми листьями, - комары были бы безразличны или отталкивали запах..
Используя методы, разработанные в лаборатории Риффелла, они также заглянули непосредственно в мозг комаров Aedes increpitus, которые пересекаются с орхидеями с тупыми листьями, и генетически модифицированным штаммом Aedes aegypti, ранее разработанным Риффеллом и его соавтором Омаром Акбари., доцент Калифорнийского университета в Сан-Диего. Они визуализировали ионы кальция - сигнатуры активно возбуждающихся нейронов - в доле антенны, области мозга комара, которая обрабатывает сигналы от антенн.
Эти эксперименты по визуализации мозга показали, что нонаналь и сиреневый альдегид стимулируют разные части лепестка антенны и даже конкурируют друг с другом при стимуляции: область, которая реагирует на нонан, может подавлять активность в области, которая реагирует на сиреневый альдегид, наоборот. Делает ли этот «перекрестный разговор» цветок привлекательным или отпугивающим для комаров, вероятно, зависит от количества нонаналя и сиреневого альдегида в исходном аромате. По словам Риффелла, у орхидей с тупыми листьями соотношение привлекает комаров, а у близкородственных видов - нет.
«Комары обрабатывают соотношение химических веществ, а не только их наличие или отсутствие», - сказал Риффелл. «Это важно не только для различения цветов - это также важно для того, чтобы комары различали вас и меня. Человеческий запах очень сложен, и что, вероятно, важно для привлечения или отпугивания комаров, так это соотношение определенных химических веществ. Мы знаем, что некоторые люди получают немного больше, чем другие, и, возможно, разница в соотношении объясняет, почему».
Команда также обнаружила, что сиреневый альдегид стимулирует ту же область лепестка антенны, что и ДЭТА. Этот регион может обрабатывать «репрессивные» запахи, хотя для подтверждения этого потребуются дальнейшие исследования, сказал Риффелл. Еще слишком рано говорить о том, что альдегид сирени когда-нибудь станет эффективным средством от комаров. Но если это так, есть дополнительный бонус.
"Пахнет чудесно", сказал Риффелл.