Романтика — сложное дело у людей. Есть личность, внешность, соблазнение, всевозможные физические и социальные сигналы. Комары гораздо более прямолинейны. Спаривание происходит в течение нескольких секунд в воздухе. И все, что нужно, чтобы добиться самца, — это звук взмахов крыльев самки. Поэтому не сложно представить себе удивление исследователей, когда они выяснили, что одно-единственное изменение полностью убило либидо комаров.
Теперь исследование Калифорнийского университета в Санта-Барбаре показывает, что это действительно все. Исследователи в лаборатории профессора Крейга Монтелла создали глухих комаров и обнаружили, что самцы совершенно не заинтересованы в спаривании. «Вы можете оставить их вместе с самками на несколько дней, и они не будут спариваться», — сказал Монтелл.
Произвести столь кардинальное изменение было просто. «Отсутствие одного гена, trpVa, оказало столь сильное влияние на брачное поведение комаров», — объяснил соавтор Дхананджай Такур, научный сотрудник кафедры молекулярной, клеточной и онтогенетической биологии.
Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, могут иметь серьезные последствия для того, как мы управляем передачей заболеваний за счет более эффективного контроля популяций комаров-переносчиков, таких как Aedes aegypti, которые ежегодно заражают сотни миллионов людей вирусами, вызывающими заболевания.
«Летними вечерами мы часто видим стаи комаров, собирающихся у воды или под уличными фонарями. Эти скопления по сути являются массовыми спариваниями», — сказал соавтор Ицзинь Ван. Хотя комары обладают необычайной способностью к размножению, ученые все еще имеют ограниченное понимание молекулярных и неврологических механизмов, которые работают.
Ухаживание у Aedes aegypti обычно происходит следующим образом: самки машут крыльями с частотой около 500 Гц. Когда самцы слышат это, они взлетают, жужжа примерно на 800 Гц. Самцы также быстро модулируют эту частоту, когда самки находятся рядом. Затем происходит быстрое рандеву в воздухе, и возлюбленные расходятся. Самцы всегда ищут новых потенциальных партнеров, но самка, которая успешно спарилась, обычно больше так не делает.
Монтелл и соавторы Йиджин Ван, Такур и Эмма Дуге подозревали, что слух играет роль в этом поведении, поэтому они исследовали слуховые нейроны насекомого. Они лежат у основания антенн в структуре, называемой органом Джонстона.
Антенны — это великолепные мультисенсорные аппараты, переполненные обонятельными, механосенсорными и даже тепловыми инфракрасными сенсиллами, как недавно обнаружила лаборатория Монтелла . В текущем исследовании команда сосредоточилась на конкретном сенсорном канале, называемом TRPVa, и соответствующем гене trpVa, который является комариным аналогом канала, необходимого для слуха у плодовых мушек.
Команда использовала CRISPR-Cas9, чтобы вырубить ген, который кодирует TRPVa у комаров Aedes aegypti. Полученные животные не реагировали на звук. Фактически, они обнаружили, что звук не вызывал никакой электрической активности нейронов в органе Джонстона. Насекомые были действительно глухими.
А когда авторы поместили глухих самцов в камеры с самками… ничего не произошло. «Если они не слышат взмахов крыльев самки, значит, им это неинтересно», — сказал Монтелл. С другой стороны, их слышащие коллеги не теряли времени даром и были заняты: спаривались много раз в течение нескольких минут.
Слух не только необходим самцам для спаривания, кажется, его достаточно, чтобы пробудить их желание. Когда авторы проигрывали звуки взмахов крыльев самок обычным самцам, самцы обычно отвечали брюшными толчками. Они были готовы к действию. Глухие самцы едва дергались.
Однако с самками все было по-другому. У глухих самок еще осталась некоторая похоть. «Влияние на самок минимально, но влияние на самцов абсолютно», — сказал Монтелл. Команда планирует изучить эти различия в будущих работах.
«Я думаю, причина, по которой наше главное открытие настолько шокирует, заключается в том, что у большинства организмов брачное поведение зависит от комбинации нескольких сенсорных сигналов. Тот факт, что удаление одного чувства может полностью отменить спаривание, является захватывающим», - говорят ученые.
Авторы полагают, что их результаты — роль звука в спаривании и функция TRPVa в слухе — можно распространить и на другие виды комаров.
Физиология комара показывает, насколько важен слух для этих насекомых. У самцов комаров больше всего слуховых нейронов среди всех известных насекомых, объяснил Монтелл. У самок их вдвое меньше. Это все равно много, но для самцов слух гораздо важнее.
Чтобы определить, какие нейроны экспрессируют ген trpVa, авторы добавили ген, кодирующий зеленый флуоресцентный белок, в геном комара. Они сделали это таким образом, что флуоресцентный белок экспрессировался косвенно под контролем промотора trpVa.
Промотор — это последовательность ДНК, обычно расположенная в начале гена, где ферменты связываются, чтобы инициировать транскрипцию, в данном случае запуская производство этих зеленых флуоресцентных белков. Теперь мутантные комары будут производить зеленый флуоресцентный белок во всех местах, которые обычно производят TRPVa. Таким образом, те же комары предоставили подопытных для эксперимента и яркую зеленую карту экспрессии TRPVa для анализа.
Неудивительно, что команда обнаружила, что trpVa экспрессируется в органе Джонстона. И они смогли четко проследить пути слуховых нейронов оттуда в мозг, а также увидеть различия в этих путях между самцами и самками комаров.
Возбудители, распространяемые комарами Aedes aegypti, заражают около 400 миллионов человек в год, из которых около 100 миллионов заболевают такими болезнями, как лихорадка денге, зика и желтая лихорадка. Это означает, что понимание его поведения и жизненного цикла может дать нам инструменты и идеи для профилактики заболеваний.
Одним из потенциальных методов контроля насекомых-переносчиков является метод стерильных насекомых (SIT), который заключается в выпуске большого количества стерильных самцов для спаривания с самками. У некоторых насекомых, например, комаров, успешное спаривание не позволяет самкам искать других партнеров. И если самка спаривается со стерильным самцом, она фактически не производит потомство. Теоретически это может подавить популяцию.
Этот метод прекрасно работает против некоторых сельскохозяйственных вредителей, таких как калифорнийская средиземноморская муха. «Тот факт, что вы не слышали об этом вредителе, является свидетельством того, насколько успешен метод SIT, потому что 30 лет назад он был во всех новостях», — сказал Монтелл.
Но успех SIT в Aedes aegypti ограничен конкурентоспособностью стерильных самцов; они должны сначала добраться до самок, чтобы уловка сработала. В настоящее время эта техника не вызывает достаточного подавления популяции комаров, чтобы они упали ниже критического порога и популяция резко сократилась.
Учитывая центральную роль слуха в ухаживании комаров, trpVa может стать целью для повышения эффективности SIT. Лаборатория Монтелла работает над несколькими способами создания стерильных самцов, которые смогут превзойти своих естественных собратьев.
