А без этого обоняния комары не могли найти основной источник пищи: нектар из цветов.
«Нектар – важный источник пищи для всех комаров», – сказал Джеффри Риффелл, профессор биологии Вашингтонского университета. "Для самцов комаров нектар – единственный источник пищи, а самки москитов питаются нектаром всю свою жизнь, кроме нескольких дней."
Однако 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 штата Вашингтон, Технологического института Вирджинии и Калифорнийского университета в Сан-Диего, обнаружила химические сигналы, которые заставляют комаров опылять особенно неотразимый вид орхидей. Как они сообщают в статье, опубликованной в декабре.
23 в Proceedings of the National Academy of Sciences, орхидея производит тщательно сбалансированный букет химических соединений, которые стимулируют обоняние комаров. Сами по себе некоторые из этих химических веществ обладают привлекательным или подавляющим действием на мозг комара. В том же соотношении, что и у орхидеи, они привлекают комаров так же эффективно, как настоящий цветок.
Команда Риффелла также показала, что один из ароматических химикатов, отпугивающих комаров, освещает ту же область мозга комара, что и ДЭТА, распространенный и вызывающий споры репеллент от комаров.
Их результаты показывают, что сигналы окружающей среды от цветов могут стимулировать мозг комара так же сильно, как и теплокровный хозяин, – и могут привлечь комара к цели или отправить ее в обратном направлении, – сказал Риффелл, старший автор исследования.
Орхидея с тупыми листьями, или Platanthera obtusata, растет в прохладном высокоширотном климате Северного полушария. С полевых станций в национальном лесу Оканоган-Венатчи в штате Вашингтон команда Риффелла подтвердила прошлые исследования, показывающие, что местные комары опыляют этот вид, но не его близкие родственники, которые растут в той же среде обитания.
Когда исследователи накрывали цветы мешками – лишая комаров визуальной подсказки о цветке – комары все равно приземлялись 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 туполистной орхидеи.
«Мы часто описываем« запах », как будто это одно – например, запах цветка или запах человека», – сказал Риффелл. «Запах на самом деле представляет собой сложную комбинацию химических веществ – аромат розы состоит из более чем 300 – и комары могут обнаруживать отдельные типы химических веществ, из которых состоит запах."
Риффелл описывает аромат туполистной орхидеи как травяной или мускусный, в то время как ее близкие родственники имеют более сладкий аромат.
Команда использовала газовую хроматографию и масс-спектроскопию, чтобы идентифицировать десятки химических веществ в ароматах видов Platanthera. По сравнению с его родственниками, запах орхидеи с тупыми листьями содержал большое количество соединения, называемого нонаналом, и меньшее количество другого химического вещества, сиреневого альдегида.
Команда Риффелла также зафиксировала электрическую активность в антеннах комаров, которые обнаруживают запахи. Как нонанальные, так и сиреневые альдегидные стимулированные антенны комаров, которые являются родными для среды обитания туполистных орхидей.
Но эти соединения также стимулировали усики комаров из других регионов, в том числе Anopheles stephensi, распространяющего малярию, и Aedes aegypti, распространяющего 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, смешанный в том же соотношении, что и в цветках с тупыми листьями. Если исследователи исключили из рецепта сиреневый альдегид, комары потеряли интерес.
Если бы они добавили больше сиреневого альдегида – на уровне, характерном для близких родственников туполистной орхидеи, – комары были бы безразличны или отталкивали запах.
Используя методы, разработанные в лаборатории Риффелла, они также изучили мозг комаров Aedes increpitus, которые частично совпадают с орхидеями с тупыми листьями, и генетически модифицированный штамм Aedes aegypti, ранее разработанный Риффеллом и соавтором Омаром Акбари, доцентом кафедры. Калифорнийский университет в Сан-Диего. Они визуализировали ионы кальция – сигнатуры активно возбуждающих нейронов – в лепестке антенны, области мозга комара, которая обрабатывает сигналы от антенн.
Эти эксперименты по визуализации мозга показали, что нонанал и сиреневый альдегид стимулируют разные части лепестка антенны – и даже конкурируют друг с другом при стимуляции: область, которая реагирует на нонанал, может подавлять активность в области, которая реагирует на сиреневый альдегид, и наоборот. Делает ли этот «перекрестный разговор» цветок привлекательным или отталкивающим для комаров, вероятно, зависит от количества нонаналя и сиреневого альдегида в исходном аромате. По словам Риффелла, орхидеи с тупыми листьями имеют соотношение, которое привлекает комаров, в то время как близкородственные виды – 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, как комары различают вас и меня.
Человеческий запах очень сложен, и то, что, вероятно, важно для привлечения или отпугивания комаров, – это соотношение определенных химических веществ. Мы знаем, что одни 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.
Слишком рано говорить, может ли сиреневый альдегид когда-нибудь стать эффективным репеллентом от комаров. Но если это так, есть дополнительный бонус.
"Пахнет замечательно", – сказал Риффелл.