Здравствуйте, я самка Culex pipiens

Непрошеным гостем — строго говоря, гостьей — скорее всего, оказалась самка комара-пискуна Culex pipiens. Она издалека учуяла ваш запах и без оглядки полетела на него. Еще несколько недель назад, когда она только вылупилась из куколки, ваша ночная гостья питалась исключительно соками растений (этой же диеты на протяжении всей жизни придерживаются самцы). Кровь ей понадобилась, чтобы набраться ресурсов и продолжить свой род.

В случае успеха, самка комара отложит яйца в стоячий водоём или сырой грунт на его берегу. В кладке будет от 30 до 300 яиц. Через пару дней из них вылупятся водоплавающие личинки, которые будут фильтровать воду, отбирая из неё питательные частички. Через 20 дней такой жизни личинка превращается в куколку, из которой через неделю выпорхнет уже взрослое насекомое.

Путь к добыче

Зрение и слух у вашей гостьи развиты хуже обонятельных рецепторов, что расположены на специальных органах — антеннах — которыми снабжены все насекомые и ракообразные. Шлейф углекислого газа от дыхания — вот, что будет выдавать в вас крупное теплокровное животное. Поймав его в радиусе 50 метров от своей локации, насекомое двигалось по градиенту запаха. Чтобы быть уверенным в природе источника углекислого газа, по градиенту которого летел комар, насекомое ориентировалось и на летучие молекулы, что выделяют кожа и микрофлора жертвы. В первую очередь, это пары молочной кислоты, алломоны и каймороны.

Возбудитель малярии, попав в организм человека, работает еще и «наводчиком» для комаров рода Anopheles. Размножаясь в эритроцитах, паразит вырабатывает вещество 4-гидрокси-3-метил-бут-энил пирофосфат, которое воздействует на метаболизм красных кровяных телец и заставляет их вырабатывать больше СО2 и других привлекающих комаров пахучих соединений. Так плазмодий увеличивает шансы комара найти зараженную жертву — и свои шансы заразить очередного человека. Комары-пискуны в подобных союзах замечены не были.

Другие пахучие молекулы, которые тоже выделяет наша кожа, способны наоборот — напрочь отбить нюх у комаров. Таким веществом служит, например, 1-метилпиперазин. Так что если вам повезло с генами и ваша кожа вырабатывает много метилпиперазина, то вы будете для малярийных комаров невидимкой. По-видимому, именно генетические факторы определяют привлекательность разных людей и для других видов комаров.

В 2015 году ученые поместили комаров в камеру, от которой отходил Y-образный тоннель, и заставили нескольких близнецов поместить в «рога» этого тоннеля руки. Установив «приманки» в тоннеле, исследователи затем открывали заслонку камеры с комарами, и те устремлялись к одной или другой руке, в зависимости от своих предпочтений. Если на обоих концах камеры находились руки однояйцевых — генетически идентичных — близнецов, то комары распределялись по тоннелю примерно 50 на 50. В случае с разнояйцевыми близнецами распределение комаров уже было неравным.

Однако какие именно гены замешаны в привлекательности отдельных людей для комаров, вопрос пока открытый. Предположений два: гены могут определять выработку веществ, которые привлекают комаров — или наоборот, отпугивают их. Эти гипотезы отнюдь не исключают друг друга. Вполне возможно, что привлекательность для комаров определяется не одним конкретным геном, а несколькими.

Один на один в темной комнате

Приблизившись, комар добавляет к нюху еще и «тепловизоры». С их помощью самки способны видеть в инфракрасном спектре и выбирать на жертве наиболее теплый участок. В нем кожа, как правило, тоньше, ее легче будет прокусить.

На такой дистанции прежде незаметный охотник становится слышимым.

Поделиться

Выдают комара жужжальца. Жужжальца — это видоизмененная вторая пара крыльев, которая вибрирует в противофазе с крыльями. Комары, мошки, слепни, мухи — каждый из известных нам 160 тысяч видов двукрылых обладают ими. С механической точки зрения жужжальца — вибрационные гироскопы, подобные которым используют в квадрокоптерах, фотоаппаратах и смартфонах для стабилизации полёта или изображения камеры. Насекомые же, если их лишить жужжалец, как и коптеры без гироскопа, теряют возможность летать.

Механика полёта комара достаточно необычна: они машут крыльями очень часто — около 800 раз в секунду — при этом ход крыла относительно их размера тела и относительно других насекомых довольно невелик. Чтобы описать этот полёт, учёные смоделировали полёт комара и решили для него систему уравнений Навье-Стокса. Оказалось, полёт с такими характеристиками свойственен только комарам и больше никому из животного мира. Его отличают три характеристики: завихрения потоков воздуха у передней кромки крыла, за задней кромкой крыла и сопротивление вращению, благодаря тем самым жужжальцам.

Вибрации жужжалец мелких плодовых мушек дрозофил не слышны для большинства людей. От насекомых побольше, например, комаров, звук уже ощутим. Самцы Culex pipiens пищат «фальцетом»: если измерить частоту звука от их полёта, получится 328 ± 3 герц. В сравнении с ними самки «басят»: звук от них на частоте 307 ± 8 герц. Эта разница в звучании полов нужна комарам для размножения: даже искусственные звуки «на частоте самок» привлекают самцов.

Он большой и значит малярийный!

Если же в комнату прилетел гигантский комар (в народе их часто называют «малярийными»), то бояться его не стоит. Малярию он не разносит. Скорее всего, это комар-долгоножка из семейства Tipulidae, который по образу жизни ближе к бабочке, нежели кровососущим комарам. Их длинные хоботки тонки, хрупки и совершенно не годятся для прокалывания кожи. С их помощью комары-долгоножки пьют нектар, исключительно которым и питаются взрослые особи.

Вот источник звука стал еще ближе и перестал пищать — наверняка приземлился в месте предполагаемого укуса. Взмах рукой — пищание продолжилось. Сон нарушен, и жертва сама стала охотником: теперь вы должны во что бы то ни стало поймать комара, иначе уснуть вам он не даст.

Избежать ладони комару помогла аэродинамика: ладонь рассекала воздух недостаточно стремительно, чтобы схватить комара, но достаточно быстро, чтобы создать вокруг турбулентные вихри воздуха. Эти вихревые потоки и помогли комару облететь ладонь. Помочь же избавиться от гостя может что угодно, что продлит длину руки. Тапок, газета, тетрадь или специальное оружие — мухобойка. Тогда же скорость в конечной точке орудия будет выше, чем у ладони, и комару будет не избежать физической встречи с орудием: ни турбулентные, ни ламинарные потоки ему уже не помогут.

Панч по носу

Сценария ночного визита можно, впрочем, вообще не допустить.

Первое средство, которое безотказно помогает людям уже тысячелетия — физическая преграда. В наших широтах путь комарам в жилища чаще всего преграждают москитными сетками на окнах. В тропических странах, где встреча с насекомым может закончиться смертью не только для него, используют сетчатые пологи над кроватями, которые обеспечивают большую защиту.

Но лучше победу, конечно, одерживать еще до боя. Вот что вам в этом поможет:

• Трезвость. Этиловый спирт работает в организме как тормозный нейромедиатор. Поэтому прием алкоголя затормаживает реакцию и ухудшает координацию движений. Кроме того, выпивших людей комары предпочитают чаще, чем трезвых.
• Гигиена. Примите душ! Вода помогает смыть с себя те пахучие вещества, что привлекают комаров. Вероятность получить укус сразу после душа значительно падает.
• Парфюм. Если вы подмешаете ванилин в молочко или лосьон для тела, или смешаете его с обычным детским кремом и нанесете на кожу после душа, то станете менее привлекательными для комаров.

Другая стратегия — сбить со следа. Комары ориентируются с помощью хеморецепторов, то есть по запаху. Хеморецепцию можно обмануть, используя эфирные масла. Эксперименты показывают, что запах эфирных масел эвкалипта и гвоздичного масла сбивают комаров со следа. Специалисты «Мосприроды» советуют ещё использовать чеснок в борьбе с комарами. Все эти средства считаются природными репеллентами — так называют вещества, отпугивающие насекомых, но не отравляющие их.

В основе синтетических репеллентов чаще всего лежит диэтилтолуамид — «ДЭТА». Их разработали для армии США и начали применять с 1946 года для действий в тропических регионах. Принцип его действия поначалу не был понятен: предполагали, что насекомым попросту не нравится запах средства. Уже спустя несколько десятилетий применения ДЭТА появились подозрения, что средство более не столь действенно, как было изначально.

Спустя 70 лет после применения ДЭТА учёные выяснили, что этот репеллент эффективен только против комаров, не знакомых с запахом средства. Исследователи прикрепили к антеннам комаров миниатюрные электроды, чтобы отследить возбуждение отдельных чувствительных единиц — сенсилл — при влиянии разных стимулов. При первом предъявлении комарам ДЭТА в их антеннах возникало мощное возбуждение, которое при повторных предъявлениях запаха становилось всё слабее и слабее, и в конце концов сходило на нет. Кроме того, исследователи предполагают, что комары благодаря высокой частоте смены поколений могут выработать наследуемую невосприимчивость к ДЭТА.

Широкое применение репеллентов на основе ДЭТА вызывает опасения ученых. Первые заявления о токсичности действующего вещества для человека появились ещё в 80-х, затем было установлено, что вещество легко проникает через слизистую носа в кровь, после чего в крови подскакивает содержание 8-гидрокси-2’-деоксигуанозина — одного из маркеров окислительного стресса ДНК. Повреждения ДНК, в свою очередь, могут инициировать онкологические заболевания, и в эксперименте на морских свинках эту гипотезу удалось подтвердить. Недавние исследования показали также, что ДЭТА вызывает эпигенетические изменения в клетках и эпимутации сперматозоидов. Последствия таких изменений до конца не выяснены.

Химия вела, химия и погубит

Фумигаторы же устроены несколько иначе. На картонную пластинку, матрицу из спрессованной древесной муки (так устроены спирали) нанесен раствор инсектицида. Чаще всего используют производные аллетрина. В высоких концентрациях аллетрин действует как нейропаралитический яд: он вызывает нарушение работы натриевых каналов на синаптических мембранах, из-за чего нарушается нервная проводимость. Сначала отравленные насекомые ведут себя гиперактивно, затем у них нарушается координация движений, начинаются конвульсии, паралич, а при длительном действии инсектицида наступает смерть.

По данным ВОЗ, использование фумигаторов на основе аллетрина не представляет опасности для человека при соблюдении рекомендаций. Для всех теплокровных в целом аллетрин слаботоксичен.

В составе жидкости для электроиспарителя содержится 1,6 процента аллетрина. Во флаконе, рассчитанном на 30 ночей, 21,9 миллилитра жидкости, плотность которой примерно равна плотности воды. То есть аллетрина в одном флаконе около 350 миллиграммов. Токсикологические тесты на крысах показали, что доза, при которой умирает половина выборки, — так называемая ЛД50 — составляет 685 миллиграммов на каждый килограмм массы для самок и 1100 — для самцов. При пероральном (через рот) введении. Если допустить, что человек — это 60-килограммовая крыса, то для получения ЛД50 мужчине надо подлить в суп 189 флаконов фумигатора, а женщине — 118. То есть комара фумигатор наверняка погубит, а человека — вряд ли.

Укус

Попытка убить непрошенную самку газетой провалилась, она решила переждать вспышку агрессии над шкафом, под самым потолком. Вскоре в комнате стало спокойно, и она продолжила действовать.

Самка Culex pipiens не сразу определяет место для укуса. Сначала она ощупывает область своими ногами, чувствительные волоски на которых оснащены хеморецепторами, подобные тем, что находятся и на её антеннах. Как именно она решает, в каком месте кусать, до конца не ясно. Контакт рецепторов на ногах с ДЭТА вызывает возбуждение чувствительных клеток и, как правило, отпугивает насекомое. Контакт с молекулами молочной кислоты тоже вызывает возбуждение рецепторов, но комар не улетает.

Ощупав область как следует, комар пускает в ход свой хоботок, который устроен довольно сложно. Большая его часть — это видоизмененная трубочковидная нижняя губа. В неё спрятан ротовой аппарат колюще-сосущего типа. В нижней части губы находится утолщение, именно в нём находятся пилочковидные челюсти, которыми комар прогрызает маленькое отверстие в коже, погружает хоботок до уровня капилляров и сосет им кровь, наполняя ею кишечник.

Во время укуса комары применяют очередное химическое оружие: в место укуса они впрыскивают антикоагулянты. Мы регулярно наносим незначительные повреждения стенкам мелких капилляров. На них незамедлительно реагирует система свёртывания крови, и на месте повреждения вскоре образуется тромб. Комарам же необходимо обойти нашу сложную систему защиты от повреждений сосудов, чтобы вдоволь напиться, а кровь не встала комом в их кишечнике.

Это когда-нибудь закончится?

Самки Culex pipiens предпочли нектару кровь как пищу, богатую белками. Аминокислоты из белков человеческой крови пойдут на синтез собственных яйцеклеток, затем самки перейдут к спариванию и продолжению жизненного цикла. Так уж он устроен у кровососущих комаров, что без крови не обойтись. По крайней мере, раньше так было.

Уже многие поколения комаров приспособились к существованию в городской среде, что стало сказываться на облике и образе жизни «городских» комаров. Они селятся в подтапливаемых городских подвалах и выглядят зачастую мельче своих предков.

Энтомологи регулярно дискутируют, не выделить ли городских комаров в отдельный таксон — вид или хотя бы подвид, — ведь они приобрели уже немало отличительных не только во внешнем виде, но и в жизненном цикле. Некоторые популяции городских комаров даже научились приступать к размножению без крови теплокровных. Только яиц в их кладках получается меньше.

С выделением городских комаров в отдельный таксон есть несколько проблем: их популяции из разных уголков планеты зачастую не похожи друг на друга. Да и с идентификацией отдельных особей бывают сложности. Некоторые городские комары выглядят как слабо развитые комары-пискуны. Поэтому статус у них пока неофициальный Culex pipiens forma molestus.

Molestus в переводе с латыни означает «навязчивый, назойливый». Потребность в кровососании у них, может, и отпала, но инстинкт — нет. В условиях теплых подвалов городские комары могут не затормаживать прохождение жизненного цикла в холодный период и донимать жителей домов круглый год. Возможно, их эволюционный путь пойдет и дальше в сторону автономии от человека, и когда-нибудь (а учитывая скорость смены поколений — дело десятков лет) появится форма, у которой инстинкт отомрет

Источник тут https://nplus1.ru

Ученые смогли подавить численность желтолихорадочных комаров в двух австралийских городах. Для этого они в течение нескольких месяцев трижды в неделю выпускали здесь самцов данного вида, зараженных определенным штаммом симбиотической бактерии Wolbachia pipientis. Когда такие самцы спаривались с местными самками, несущими другой штамм вольбахии или свободными от нее, потомства из отложенных яиц не появлялось. Эффект от эксперимента сохранялся в течение следующего сезона, при этом на одном из обработанных участков комаров было на 97-99 процентов меньше, чем на контрольном. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, методика может стать эффективным инструментом для борьбы с желтолихорадочными комарами — инвазивным видом, который переносит целый ряд опасных заболеваний/

Комары переносят многие опасные заболевания, от малярии до вируса Зика. Неудивительно, что люди активно пытаются бороться с этими насекомыми. Однако традиционные подходы, такие как осушение болот и использование инсектицидов, наносят серьезный вред окружающей среде и постепенно теряют эффективность из-за того, что комары адаптируются к используемым против них химическим веществам/

Альтернативное решение — выпускать в природу комаров-самцов, которые стерилизованы или репродуктивно несовместимы с потенциальными партнершами. Спарившись с таким самцом, самка не сможет продолжить род. Впервые подобные методы были опробованы в 1970-1980 годах, однако тогда было трудно получить нужное количество самцов, которые, с одной стороны, не могут оставить потомство, а с другой стороны, находятся в достаточно хорошей форме, чтобы конкурировать с дикими сородичами. Лишь относительно недавно с помощью генной инженерии специалисты смогли поставить производство стерильных комаров на поток. Эксперименты с выпуском стерильных желтолихорадочных комаров (Aedes aegypti) на острове Большой Кайман показали, что такой подход позволяет существенно снизить численность этих кровососущих насекомых. Аналогичные подходы успешно применяются против других насекомых — вредителей или переносчиков инфекций.

Помимо генетической модификации, в распоряжении борцов с комарами есть еще один удобный инструмент — симбиотическая бактерия Wolbachia pipientis, которая живет в клетках насекомых. Некоторые ее штаммы обладают фенотипом цитоплазматической несовместимости. Если комар-самец, несущий вольбахий одного из подобных штаммов, спарится с самкой, вольбахии которой принадлежат к другому штамму (или у нее вовсе нет вольбахий), отложенные в результате яйца не смогут развиться. Выпуская таких самцов в природу, можно в теории заметно сократить численность комаров. Одном из преимуществ данного метода заключается в том, что он не вызывает у общественности беспокойства о выпуске в природу генетически модифицированных организмов.

Команда специалистов во главе с Найджелом Бибои (Nigel W. Beebe) из Квинслендского университета решила испытать данную методику на практике. В качестве мишени они выбрали желтолихорадочных комаров из инвазивных популяций, распространенных на севере австралийского штата Квинсленд. В некоторые из этих популяций недавно был искусственно внедрен штамм вольбахии wMel, который снижает риск распространения арбовирусных инфекций, таких как желтая лихорадка и лихорадка Денге (несколько лет назад мы рассказывали об успешных результатах данного эксперимента в городе Таунсвилл).

Исследователи заложили три экспериментальных участка в квинслендских городах Мурилян, Саут-Джонстон и Гунди-Бенд, а также три контрольных участка в городах Бельведер, Ваган и Саут-Иннисфейл. К началу работ большинство желтолихорадочных комаров в местных популяциях несли штамм вольбахии wMel. В лабораториях Университета Джеймса Кука в Кернсе исследователи выращивали комаров, зараженных штаммом вольбахии wAlbB2-F4, и автоматически отделяли самцов от самок. На всех этапах использовались методы, разработанные исследовательской организацией Verily Life Sciences.

С середины января по конец мая 2018 года Биб и его коллеги трижды в неделю выпускали взрослых wAlbB2-F4-самцов на экспериментальных участках — в общей сложности в дикой природе оказались три миллиона особей. Количество выпускаемых особей рассчитывали таким образом, чтобы на одного дикого самца из местной популяции приходилось пять-десять лабораторных. При этом численность взрослых комаров регулярно подсчитывали, отлавливая насекомых с помощью ловушек.

В начале эксперимента популяции Ae. aegypti на контрольных и экспериментальных участках были примерно одинаковыми (в том числе за счет контрольных выпусков, которые прошли за пять недель до начала основных). Однако уже на четвертую неделю численность комаров на экспериментальных участках начала сокращаться. К началу апреля здесь было на 70 процентов меньше комаров, чем на контрольных участках. Затем из-за тропического циклона взрослых комаров во всей исследованной местности стало намного меньше. Тем не менее, к концу выпусков на экспериментальных участках комаров все равно было на 80 процентов меньше, чем на контрольных. Анализ собранных данных подтвердил, что использование wAlbB2-F4-самцов успешно сокращает численность желтолихорадочных комаров.

Как и ожидалось, сокращение комариных популяций произошло за счет снижения количества проклюнувшихся яиц. Наблюдения показали, что после выпуска wAlbB2-F4-самцов на экспериментальных участках из яиц стало выходить намного меньше личинок, чем на контрольных. На протяжении последних десяти недель выпусков на одном из экспериментальных участков количество появляющихся личинок было низким, а на двух других их практически не осталось.

Чтобы оценить долгосрочный эффект эксперимента, Биб и его коллеги в течение двадцати семи недель, с октября 2018 года по конец апреля 2019 года, отлавливали и подсчитывали взрослых желтолихорадочных комаров на трех экспериментальных и одном контрольном участках. В городе Мурилян популяция комаров на десятой неделе наблюдений была ниже контрольных значений на 99 процентов, а на двадцать седьмой неделе — на 97 процентов. В Гунди-Бенд сокращение на десятой неделе составило 70 процентов, а на двадцать седьмой — 63 процента. Лишь в Саут-Джонстоне комариная популяция восстановилась и не демонстрировала признаков угнетения. Скорее всего, ее колонизировали комары из другой местности.

Авторы отдельно проверили, не повлиял ли выпуск wAlbB2-F4-самцов на пропорцию особей, несущих штамм вольбахии wMel. Теоретически их место могли занять комары дикого типа, свободные от этих бактерий, что повысило бы риск распространения арбовирусов. Однако выяснилось, что в следующем после эксперимента сезоне пропорция wMel-комаров осталась на прежнем уровне, превышающем 90 процентов. Это свидетельствует, что использование wAlbB2-F4-самцов одинаково эффективно подавляет размножение wMel-комаров и их сородичей дикого типа. При этом штамму wAlbB2-F4 закрепиться в популяции не удалось.

Желтолихорадочные комары специализированы к кормлению человеческой кровью и предпочитают размножаться в резервуарах для воды, которые установлены в населенных пунктах. В результаты они распространились в тропиках по всему миру. Однако узкая специализация этих насекомых также означает, что их популяции в отдельных деревнях, городах и поселках реально истребить, воспользовавшись методом, который испытали Биб и его коллеги. Аналогичный подход должен помочь в борьбе с еще одним инвазивным видом комаров — азиатским тигровым (Ae. albopictus): соответствующие эксперименты, проведенные в Италии и Китае, уже дали положительный результат.

Источник тут https://nplus1.ru/

Американские ученые нашли возможную причину того, почему «Соната для двух фортепиано в ре мажоре K448» Моцарта снижает частоту приступов у больных эпилепсией людей. Когда нейрофизиологи давали послушать это произведение больным эпилепсией, у тех менялась активность коры лобных долей: в ней уменьшалась частота эпилептических паттернов и возникал тета-ритм. Исследователи считают, что прослушивание сонаты Моцарта K448 активирует в мозге нейрональные сети, которые связаны с позитивными эмоциями от музыки, а это снижает эпилептическую активность. Работу опубликовали в Scientific Reports.

Исследования уже не раз показывали, что у классической музыки есть терапевтический эффект, например, она может улучшать память. Прослушивание же «Сонаты для двух фортепиано в ре мажоре K448» Моцарта снижает количество эпилептических приступов. При этом «лечит» только оригинальное произведение: канадские нейрофизиологи показали, что если убрать характерный ритм из сонаты, то ее терапевтический эффект пропадает. Тем не менее, остается еще много неизвестного об этом феномене. Например, какая длительность музыкального отрывка оказывает благотворное воздействие и как именно соната влияет на мозговую активность.

Американские нейрофизиологи во главе с Барбарой Джобст (Barbara C. Jobst) из Медицинской школы Гейзеля решили найти механизм, благодаря которому «Соната для двух фортепиано в ре мажоре K448» снижает частоту эпилептических приступов. Они набрали в исследование 16 человек с устойчивой к лечению эпилепсией. Сначала медики посмотрели, как меняется мозговая активность при прослушивании отрывков сонаты разной длительности. Для этого они разделили людей на две равные группы: одна прослушивала сонату в течение 15 секунд, а вторая в течение 90 секунд. Во время исследования участникам измеряли мозговую активность с помощью электроэнцефалографии. На электроэнцефалограммах врачи искали паттерны, характерные для людей с эпилепсией вне приступа.

В группе, которая слушала «Сонату для двух фортепиано в ре мажоре K448» в течение 90 секунд, частота возникновения эпилептических паттернов значительно уменьшилась по сравнению с периодом до звучания музыки (p = 0,0013). Прослушивание сонаты в течение 15 секунд значимых изменений мозговой активности не вызвало.

В большей степени соната Моцарта модулировала активность лобной коры. Исследователи объясняют это тем, что лобная кора участвует в формировании эмоциональных реакций. Кроме этого, прослушивание «Сонаты для двух фортепиано в ре мажоре K448» вызывало у испытуемых тета-ритм. В предыдущих исследованиях возникновение тета-ритма связали с позитивным эмоциональным ответом на музыку.

Поделиться

Джобст с коллегами считают, что прослушивание «Сонаты для двух фортепиано в ре мажоре K448» Моцарта активирует в мозге нейрональные сети, которые связаны с позитивными эмоциями от прослушивания музыки. Активация этих сетей снижает эпилептическую активность в мозге. Нейрофизиологи считают, что прослушивание сонаты Моцарта № 448 может помочь пациентам с эпилепсией, устойчивой к лечению препаратами.

Мозг людей, больных эпилепсией, отличается от мозга здоровых людей не только своей активностью, но также и строением. Такую закономерность обнаружили британские медики, изучив мозг двух тысяч пациентов. Оказалось, что мозг при эпилепсии отличается от здорового меньшей толщиной слоя серого вещества и уменьшенным объемом различных структур.

Источник тут

Американские и китайские биологи показали, что нематоды Caenorhabditis elegans могут воспринимать звук, несмотря на то, что у них нет морфологически обособленных органов слуха. При этом роль барабанной перепонки играет кутикула — покровы червей. В работе, опубликованной в журнале Neuron, исследователи отмечают, что слух может быть более широко распространен среди беспозвоночных, чем считалось ранее.

Животные воспринимают сигналы внешней и внутренней среды при помощи сенсорных систем, среди которых наиболее распространены органы зрения, осязания, обоняния, вкуса и проприорецепции. При этом привычная для людей слуховая сенсорная система характерна только для нескольких групп животных: позвоночных и некоторых членистоногих. Также предполагается, что слухом могут обладать и головоногие моллюски.

Caenorhabditis elegans — один из самых популярных модельных объектов в биологии, в том числе и при изучении сенсорных систем. К примеру, несколько лет назад ученые показали, что эти нематоды обладают проприорецепцией, а также проявляют отрицательный фототаксис, несмотря на отсутствие глаз.

Основная среда обитания C. elegans — гниющие растительные остатки, а не почва, как считалось ранее. В такой среде встречается большое количество хищников, в частности различные членистоногие, которые могут издавать довольно громкие звуки. По этой причине Адам Илифф (Adam J. Iliff) из Мичиганского университета и его коллеги из Китая и США решили проверить, реагируют ли эти нематоды на звуковые колебания воздуха.

С помощью звукового генератора биологи стимулировали звуком различные участки тела червей. Оказалось, что черви проявляли отрицательный фонотаксис — избегали источника звука.

Для того чтобы исключить реакцию нематод на колебания субстрата, исследователи изучили поведение червей с мутацией в гене mec-4, которая приводит к дегенерации механосенсорных нейронов, ответственных за восприятие вибрации субстрата. Оказалось, что и такие мутанты проявляли отрицательный фонотаксис. Дополнительно исследователи измерили вибрацию субстрата при помощи лазерной виброметрии и обнаружили, что звук вызывает минимальные колебания в субстрате.

Затем ученые решили выяснить, каким образом звук активирует поведение фонотаксиса. Для этого они снова использовали лазерную виброметрию, которая показала, что кутикула червей вибрирует в ответ на звук. Биологи предположили, что кутикула C. elegans выступает аналогом барабанной перепонки позвоночных и перепонки тимпанальных органов насекомых. Ученые проверили это предположение, изучив поведение нематод с мутациями в генах bli-1, bli-2 и bli-6, вызывающими нарушение структуры кутикулы. Выяснилось, что такие мутанты практически не реагировали на звуковые колебания.

Адам Илифф с коллегами установили, что за фонотаксисное поведение отвечают механосенсорные нейроны FLP и PVD. Ученые выяснили, что центральную роль в преобразовании звуковых сигналов играют субъединицы DES-2/DEG-3 никотинового ацетилхолинового рецептора. При этом оказалось, что ацетилхолин не участвует в передаче сигнала, так как мутанты по генам cha-1 и unc-17, у которых отсутствует синтез ацетилхолина, проявляли нормальную реакцию на звуковые стимулы.

Поделиться

Ученые предполагают, что DES-2/DEG-3 выступают порообразующими субъединицами канального комплекса механотрансдукции, который преобразует звуковые волны в нервный импульс. Этим нематоды отличаются от насекомых и позвоночных, у которых такую функцию выполняют каналы TRP и TMC соответственно.

В экспериментах нематоды реагировали на звук с частотой от 100 до 5000 герц. Биологи отмечают, что частотный диапазон C. elegans шире, чем у некоторых позвоночных, таких как рыбы или черепахи.

По мнению авторов, полученные результаты подтверждают представление о том, что органы слуха независимо возникали у животных в процессе эволюции, в отличие от органов зрения, которые у билатеральных животных, вероятно, имеют общее происхождение.

Также авторы работы предположили, что аналогичным образом воспринимать звук могут и другие беспозвоночные с мягким телом, такие как моллюски, кольчатые и плоские черви.

источник https://nplus1.ru/news

Палеонтологи обнаружили древнейшие свидетельства заботы о потомстве у пауков. В одном образце бирманского янтаря возрастом около 99 миллионов лет они нашли паучиху с яйцевым коконом, а в трех других — только что вылупившихся паучат, которые, возможно, прятались в убежищах вместе с матерями. Как отмечается в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B, скорее всего, пауки начали строить яйцевые коконы и заботиться о яйцах и детенышах уже на заре своей эволюции — в каменноугольном периоде.

Все виды пауков в той или иной степени заботятся о потомстве. Самки одних видов просто помещают яйца в защитный кокон из паутины и прячут его, а представительницы других охраняют коконы и маленьких паучат или носят их с собой. Некоторые паучихи заходят еще дальше и жертвуют собой, чтобы накормить голодных детенышей собственным телом. При этом самцы заботятся о яйцах и детенышах лишь у двух видов пауков — одиночных Manogea porracea из Южной и Центральной Америки и социальных Stegodyphus dumicola из Южной Африки.

Зоологи предполагают, что пауки начали проявлять заботу о потомстве уже на ранних этапах своей истории, которая началась в каменноугольном периоде около 300 миллионов лет назад. Тем не менее древнейшие ископаемые свидетельства такого поведения относятся лишь к кайнозою. Из образцов янтаря возрастом младше 65,5 миллиона лет известны яйцевые коконы пауков; кроме того, в кайнозойском янтаре была обнаружена самка паука с зажатым в хелицерах коконом. В литературе также есть упоминания о похожих на паучьи коконы инклюзах в среднемеловом бирманском янтаре. Однако большинство таких сообщений вызывают у специалистов скепсис — в частности, из-за отсутствия подробных описаний и фотографий.

Команда исследователей, которую возглавил Дун Жэнь (Dong Ren) из Столичного педагогического университета в Пекине, обнаружила более убедительные доказательства, что пауки заботились о яйцах и детенышах уже в меловом периоде. В их руки попали четыре образца бирманского янтаря вохрастом 98,8 миллиона лет (CNU009371, CNU009431, CNU009432 и CNU009476). Внутри образца CNU009432 авторы обнаружили крупного паука, которого идентифицировали как взрослую самку. Судя по всему, она принадлежит к вымершему семейству Lagonomegopidae, представители которого в меловом периоде населяли Евразию и Северную Америку. Под паучихой был найден поврежденный яйцевой кокон с десятками детенышей на стадии предличинки внутри. Вероятно, самка носила кокон на себе и погибла вместе с потомством.

Поделиться

В образцах CNU009476, CNU009431 и CNU009371 оказались заключены уже вышедшие из коконов паучата: 24, 26 и 34 особи соответственно. Они попали в смолу вскоре после того, как покинули коконы. По мнению авторов, юные пауки в каждом отдельном образце приходятся друг другу братьями и сестрами и, как и самка из образца CNU009432, относятся к семейству Lagonomegopidae. В экземплярах CNU009476 и CNU009431 также были найдены фрагменты конечностей членистоногих, которые могли принадлежать паукам из того же семейства — возможно, матерям паучат (кроме пауков, в CNU009431 попал таракан, а в CNU009371 — оса).

Дун Жэнь и сего соавторы заметили, что нити паутины из образца CNU009476 переплетены с кусочками детрита. Возможно, они были частью паучьего гнезда. Возможно, самки пауков из семейства Lagonomegopidae устраивали специальные убежища, где во время вынашивания кокона прятались от хищников. Вышедшие из коконов паучата могли не покидать мать немедленно, а проводить рядом с ней еще какое-то время. Кормила ли паучиха своих детенышей, как это делают представительницы некоторых современных видов, по имеющимся образцам сказать невозможно..

Таким образом, палеонтологам удалось подтвердить, что пауки заботились о потомстве уже около ста миллионов лет назад. Поскольку яйцевой кокон у самки из образца CNU009432 очень похож на те, что строят современные паучихи, скорее всего, подобные конструкции появились даже раньше.

источник https://nplus1.ru/news

Японские биологи изучили поведение наземных гусениц при попадании в воду. Оказалось, что все исследованные гусеницы не тонули за счет поверхностного натяжения, а представители семейств совок и эребид могли передвигаться по поверхности воды при помощи активных движений тела. Исследование опубликовано в журнале PeerJ.

Для многих наземных насекомых попадание в водоем ведет к гибели: они не могут покинуть воду и тонут или становятся жертвой хищников. Лишь некоторые наземные насекомые способны передвигаться в водной среде. Такой способностью обладают, к примеру, тараканы, богомолы, саранча и муравьи. В научной литературе содержатся сведения о передвижении в воде взрослых особей, о личинках же практически нет информации.

Личинки чешуекрылых (Lepidoptera) в основном ведут наземный образ жизни, и лишь у некоторых видов гусеницы приспособились к жизни в пресных водоемах. При этом наземные гусеницы, обитающие на околоводных растениях, могут случайно попадать в воду, однако мало что известно о том, как они ведут себя в таких ситуациях.

Масакадзу Хаяси (Masakazu Hayashi) из организации Hoshizaki Green Foundation и Синдзи Сугиура (Shinji Sugiura) из Университета Кобе решили изучить поведение наземных гусениц при попадании в воду. На это исследование их натолкнуло наблюдение за гусеницей совки Dinumma deponens, которая передвигалась по поверхности пруда и благополучно добралась до берега.

Для эксперимента ученые летом 2019 года в префектуре Симане и летом 2020 года в префектуре Хиого собрали 52 гусеницы 13 видов бабочек (включая D. deponens) из четырех семейств: пядениц (Geometridae), бражников (Sphingidae), совок (Noctuidae) и эребид (Erebidae).

Биологи помещали каждую из 49 гусениц на поверхность воды в небольшом пластиковом сосуде, а трех гусениц (Hypopyra vespertilio, Acosmetia biguttula и Theretra oldenlandiae) — на поверхность прудов в префектуре Симане. За каждой гусеницей ученые наблюдали в течение двух минут и следили за тем, оставались ли насекомые на поверхности воды и могли ли по ней передвигаться.

Оказалось, что все исследуемые гусеницы держались на поверхности воды, но только личинки семи видов (все пять видов эребид и два из пяти видов совок) смогли по ней перемещаться. Ученые зарегистрировали два типа движения гусениц. Один из них — быстрое сгибание брюшка вверх-вниз — демонстрировали гусеницы совки A. biguttula. Для остальных видов были характерны волнообразные движения тела в горизонтальной плоскости.

Поделиться

Для того чтобы проверить, как размер тела влияет на перемещение по воде, ученые провели эксперимент с 70 разновозрастными гусеницами эребиды Spirama retorta, которых вырастили в лаборатории. Оказалось, что гусеницы с более длинным телом были лучше приспособлены к передвижению по воде.

Биологи отметили, что шесть из семи видов гусениц, способных к перемещению по воде, были собраны с околоводных растений. Также исследователи выяснили, что активное передвижение по поверхности воды помогло гусеницам, помещенным на поверхность прудов, спастись от водных хищников — водомерок и гладышей.

Ученые считают, что необходимы дальнейшие исследования передвижения наземных гусениц в водной среде. В работе было изучено только четыре семейства чешуекрылых (всего их больше сотни), поэтому, по словам авторов, есть большая вероятность того, что подобное поведение могут проявлять гусеницы и из других семейств.

источник https://nplus1.ru/

Большинство современных устройств и видов транспорта использует для точной навигации сигналы спутниковых систем. Поскольку эти сигналы могут быть недоступны, инженеры разрабатывают системы, способные действовать автономно. К примеру, ракеты, космические аппараты и другие маневренные летающие объекты зачастую оснащаются инерциальной системой навигации, позволяющей рассчитывать пройденный путь и направление по показаниям гироскопов и акселерометров. Кроме того, исследователи продолжают искать, в том числе и у живых организмов, другие способы навигации.

Одни из самых известных животных, обладающих надежной и разносторонней системой навигации — муравьи. Как правило, они используют для поиска пути домой следовые феромоны, оставляемые во время движения. Однако, этот метод работает не во всех условиях. К примеру, в жарких пустынях выделяемые муравьями феромоны просто разрушаются под действием солнечного света и тепла. Вместо маркировки пути веществами муравьи, обитающие в пустынях, такие как Cataglyphis fortis и Melophorus bagoti, используют комбинацию нескольких методов. На больших расстояниях они используют метод интегрирования по траектории, позволяющий рассчитать кратчайший путь домой. Для этого они подсчитывают пройденные шаги, оценивают оптический поток (скорость движения поверхности относительно сетчатки) и рассчитывают направление по высоте Солнца и поляризации рассеянного излучения неба, которая зависит от времени суток. Когда муравей приходит к концу пути с помощью интегрирования по траектории, для поиска входа в муравейник он использует визуальные признаки (наиболее выделяющиеся объекты).

Стефан Виолле (Stephane Viollet) и его коллеги из Университета Экс-Марсель создали робота, который использует для навигации методы, найденные у пустынных муравьев. Он имеет шесть ног, а также множество датчиков, показания которых собираются в одноплатном компьютере Raspberry Pi. В качестве солнечного компаса робот использует пару ультрафиолетовых датчиков, а также поляризаторов, вращение которых позволяет установить распределение поляризации падающего света по небу, а значит, и определить направление движения. Кроме того, в роботе установлен датчик оптического потока. Он состоит из двух рядов по шесть гексагональных пикселей. Благодаря задержке появления изображения на двух соседних пикселях, датчик может рассчитать оптический поток. Также робот способен запоминать количество сделанных шагов.

Компоненты робота

• Julien Dupeyroux et al. / Sicence Robotics, 2019

В качестве экспериментальной площадки авторы подготовили пол с текстурированной поверхностью, по которой ходил робот. Сначала он двигался по случайной кривой, доходя до края площадки, а затем возвращался в исходную позицию, останавливаясь несколько раз для пересчета направления и расстояния с учетом новых данных. Во время эксперимента инженеры проверили пять различных алгоритмов, использующих один или несколько компонентов муравьиной навигации.

Траектории движения робота под управлением различных алгоритмов

• Julien Dupeyroux et al. / Sicence Robotics, 2019

Эксперименты показали, что при использовании наиболее полного алгоритма робот успешно возвращался в исходную позицию со средней ошибкой 0,67 процента. Авторы отмечают, что во время экспериментов робот проходил около 14 метров, поэтому результаты экспериментов нельзя назвать полностью повторяющими результаты движения настоящих муравьев. Если учитывать размер, скорость движения и пройденную дистанцию, то в аналогичных условиях робот должен пройти более 30 километров, чтобы сравняться с муравьями, проходящими несколько сотен метров.

В 2016 году немецкие ученые показали, что навигация по количеству шагов и оптическому потоку у муравьев работает независимо друг от друга. Они провели эксперименты с муравьями-фуражирами, переносившими муравьев-рабочих. Если пару муравьев разъединяли, рабочий мог найти обратный путь в муравейник. Если же на глаза этому муравью надевали повязку, он уже не мог найти обратного пути.

Ученые обнаружили каналы, пронизывающие компактное костное вещество длинных костей, и позволяющие клеткам крови проникать от надкостницы к костному мозгу и обратно. Такие каналы, названные транскортикальными сосудами исследователи нашли в берцовых костях мышей, а также у человека. Исследование опубликованов журнале Nature.

До сих пор считалось, что кровь проникает в длинные кости через артерии на конце кости, проходит в костный мозг и выходит на другом конце. Это, однако не объясняло, почему в случае оказания экстренной помощи, вливание препаратов внутрикостно сопровождается быстрой реакцией всего организма. Обнаружить механизмы, позволяющие производить быстрый обмен между костным мозгом и кровеносной системой, долго не удавалось.

Маттиас Гюнцер (Matthias Gunzer ) из университета Дуйсбург-Эссен в Германии изучал меченые флуоресцентным белком клетки крови мышей под микроскопом и заметил, что они проходят через твердую кость. Не найдя этому никакого объяснения, Гюнцер со своими коллегами из Германии и Швейцарии приступил к исследованию этого феномена.

Изучая с помощью световой флуоресцентной и рентгеновской микроскопии большеберцовые кости мышей, обработанные этилциннаматом, делающим кости более прозрачными, исследователи впервые увидели мельчайшие транскортикальные сосуды (TCV), проходящие сквозь костное вещество. Эти тонкие каналы выстланы эндотелием, как обычные кровеносные сосуды. По подсчетам авторов исследования, большеберцовая кость мыши может быть пронизана более чем тысячью таких сосудов. Сквозь эти каналы транспортируется около 80 процентов артериальной и около 60 процентов венозной крови, проходящей через кость. То есть большая часть обмена между костным мозгом и кровеносной системой идет именно через них.

Кроме здоровых и молодых мышей авторы исследовали также старых и больных артритом. Оказалось, что при развитии воспаления новые сосуды появляются за несколько недель. У мышей в возрасте около двух лет количество транскортикальных сосудов было значительно меньше, чем у молодых. Это может быть связано с возрастным уменьшением числа остеокластов — клеток, которые, по всей видимости, играют важную роль в образовании сосудов. Остеокласты могут создавать каналы, которые, по мнению исследователей, могут служить основой для транскортикальных сосудов. Если связь между этими сосудами и воспалительными процессами подтвердится в будущих исследованиях, то это знание может помочь в разработке новых методов лечения. Регулируя кровоток в кости, можно повлиять на старение костей, восстановление после переломов, воспалительные заболевания.

Схема строения транскортикального сосуда, проходящего через компактное вещество длинной кости

Исследование анатомии человеческой кости, проведенное с помощью магнитно-резонансной томографии на добровольце (которым был сам руководитель исследования Гюнцер), показало, что структуры, похожие на транскортикальные сосуды, найденные у мышей, есть и в берцовой кости человека. Для понимания их функций будут проводиться дальнейшие исследования.

Исследования движения крови могут помочь отследить нарушения кровообращения.

Команда судна Nautilus, работающая у побережья Калифорнии, сняла на видео редкого осьминога, род которого за характерные «уши» получил прозвище Дамбо в честь слоненка-героя диснеевского мультфильма. Видео с осьминогом опубликовано на официальном YouTube-канале экспедиции.

Осьминоги рода гримпотевтис (Grimpoteuthis) обитают на глубине от 100 метров до пяти километров, обычно плавая у самого дна океана. Как правило, их размер не превышает 20-30 сантиметров, хотя однажды ученые обнаружили представителя этого рода длиной 1,8 метра.

Осьминог Дамбо, которого заснял телеуправляемый необитаемый подводный аппарат Hercules, был достаточно крупным, длиной около 60 сантиметров, и находился на глубине в 3,2 километра. Судно Nautilus сейчас работает в районе потухшего подводного вулкана Дэвидсона в морском заповеднике Монтерей-Бэй у берегов Калифорнии.

Источник https://nplus1.ru

Личинка (нимфа) стрекозы - не менее прожорлива. Охотится она весьма необычным способом. У личинок некоторых видов стрекоз есть "маска" - длинная нижняя челюсть.

Мне кажется я знаю с кого "срисовали" чужого!

Такого вы еще не видели ! Маска хватает жертву за сотые доли секунды!

А еще нимфы некоторых стрекоз плавают с помощью реактивной тяги !