Самцы тараканов могут «видеть» пространственное распределение женских феромонов, чтобы определить местонахождение полового партнера, по словам исследователей из Университета Хоккайдо и Университета Констанца.
Тараканы ведут ночной образ жизни и в значительной степени полагаются на обоняние для поиска пищи и партнеров для спаривания в темноте. Однако шлейфы, исходящие от источника запаха, не являются гладкими или непрерывными и не имеют четкого градиента концентрации. Они скорее состоят из нитей (скоплений молекул запаха) различных размеров (> мм) и концентраций, перемежающихся участками чистого воздуха.
Исследователи из Университета Хоккайдо и их коллеги обнаружили, что тараканы-самцы могут «видеть» тонкие структуры запаховых шлейфов благодаря точно настроенным датчикам запаха на их антеннах и нейронным цепям, которые передают пространственную информацию в мозг.
Используя микроэлектроды, исследователи зафиксировали электрическую активность чувствительных к феромонам интернейронов у самцов американских тараканов, которые передают сигналы половых феромонов, вырабатываемых самками, в доле усика (функциональном гомологе обонятельной луковицы млекопитающих) к центрам более высокого порядка..
Команда идентифицировала двенадцать ключевых интернейронов для восприятия феромонов, каждый из которых настроен на получение сигналов только от определенной части антенны таракана. Один нейрон имеет большие размеры и отвечает на раздражители по всей длине жгутика. Три имеют рецептивное поле среднего размера и получают сигналы от третьего жгутика. Остальные восемь нейронов настроены более тонко, реагируя на раздражители только на ограниченной части антенны. Важно отметить, что рецептивные поля соседних нейронов сильно перекрываются, что обеспечивает полное покрытие всего жгутика.
Исследователи также исследовали, как сигналы феромонов передаются через обонятельную цепь в головном мозге. Как и в обонятельных системах млекопитающих, сенсорные нейроны, реагирующие на одни и те же запахи, сходятся в сферической структуре, называемой клубочком. Макрогломерулы (MG) у таракана, которые получают конвергентные аксональные данные от чувствительных к феромонам нейронов, подразделяются на слои в соответствии с их пространственным происхождением в антенне. 12 ключевых нейронов точно используют эту многоуровневую карту: их дендриты (входные участки) занимают отдельные, но частично перекрывающиеся слои внутри макрогломерулы в соответствии с их рецептивными полями в антенне. Сигналы, обрабатываемые этими нейронами, передаются в отдельные области грибовидного тела (участвуя в формировании пространственной памяти), что позволяет предположить, что пространственная информация о феромонах сохраняется от поверхности антенны до грибовидного тела.
Команда подозревает, что считывание комбинаторной активности мелких нейронов в грибовидном теле позволяет таракану оценивать размеры и форму обонятельных нитей. Поскольку размер и плотность филаментов различаются в зависимости от расстояния до источника, такая информация может дать ключ к пониманию того, где находится источник. Более того, тараканы могут создавать стереотипные образы запахового шлейфа в теле гриба посредством временной выборки сигналов запаха, поскольку усики тараканов двигаются произвольно.
Пространственно настроенные рецептивные поля, расположенные на антенне, напоминают таковые в зрительной системе. Таким образом, картирование пространственного распределения запахов будет важной стратегией для успешной навигации с использованием запахов, потому что тараканы, которые ходят в средах с большим количеством препятствий меньше случаев соприкосновения с нитями запаха», - сказал доцент исследовательской группы Хироши Нишино.