Москиты распространяют несколько заболеваний, среди которых малярия и вирус денге. В 2020 году в мире было зарегистрировано около 241 миллиона случаев заболевания малярией, а в 2021 году - еще несколько миллионов. Почти половина населения Земли живет в регионах, где существует опасность заражения вирусом денге. Насекомые также уничтожают треть сельского хозяйства.

Новое исследование ученых из Калифорнийского университета в Риверсайде демонстрирует потенциал борьбы с насекомыми с помощью летучих репеллентов, которые можно наносить на такие поверхности, как подоконники, карнизы хижин, входы в дома, задние дворы, внешние склады продуктов, входы в помещения для скота и рядом с посевами в поле.

Исследователи сосредоточились на аммиаке, основном летучем соединении, встречающемся в среде обитания насекомых. В низких концентрациях, например, в человеческом поте, аммиак привлекает комаров и других насекомых. Однако при высоких концентрациях - например, таких, которые содержатся в бытовых чистящих средствах - аммиак перестает быть привлекательным для насекомых. Исследователи выяснили, что происходит с обонятельной (запах) и вкусовой (вкус) системами плодовых мушек и комаров в присутствии аммиака.

"Мы обнаружили, что у обонятельных нейронов происходит всплеск активности, а затем они замолкают на некоторое время", - сказал Анандасанкар Рей, профессор молекулярной, клеточной и системной биологии, руководитель исследования, опубликованного в журнале iScience. "В период молчания нейроны не могут обнаружить никаких запахов, а это значит, что насекомые не могут эффективно обнаружить запах человеческой кожи".

Когда команда Рэя проверила вкусовую систему плодовых мушек и комаров (Aedes aegypti), они обнаружили аналогичную реакцию.

"Когда речь идет о вкусе, мы обнаружили, что аммиак и "амины" - производные аммиака, которые входят в состав многих синтетических отдушек - не вызывают вспышек активности, которые мы наблюдаем в обонятельной системе", - сказал Рэй. "Но они демонстрируют торможение, которое мы обнаружили в обонятельной системе. Мы смогли показать, что аммиак заглушает реакцию на сахар и соль у насекомых".

После того, как большинство насекомых с помощью обонятельной системы находят место для посадки, в дело вступает вкусовая система. Москиты используют для вкуса пищи лабеллы - сенсорные щупы, которые помогают искать хорошее место для укуса на ногах. Тонкие волоски (сенсиллы) на лабелле плодовых мух позволяют им пробовать потенциальную пищу, не употребляя ее в пищу.

По словам Рэя, это открытие может быть использовано для создания эффективных репеллентов от насекомых в будущем.

"Хотя такие соединения, как аммиак, которые имеют высокий pH и являются основными, нельзя использовать на коже из-за их разъедающих свойств, их можно использовать другими способами", - сказал он. "Многие кусачие насекомые залетают в дома извне. В большинстве регионов мира насекомые кусают людей и домашних животных в закрытых помещениях и часто ночью. Например, если в стенах, где насекомые приземляются и ждут, содержится вещество с высоким уровнем pH, это повлияет на комаров. Аналогично, если бы соединение с высоким pH, такое как амин, распылялось вокруг входов в дома и сараи для животных, это могло бы отпугнуть комаров".

В исследовании Рэя принимали участие Джонатан Треворроу Кларк, Аниндия Гангули, Джадриан Эджерсито, Мэтью Люй и Анупама Даханукар. Научная работа называется "Хемосенсорное обнаружение аверсивных концентраций аммиака и основных летучих аминов у насекомых".

Дело во влажности

В отдельной работе, опубликованной в журнале Scientific Reports, лаборатория Рэя изучала изменение поведения в зависимости от влажности у азиатской цитрусовой псиллиды, или ACP, которая переносит болезнь озеленения цитрусовых, и комаров. Хотя насекомые могут ощущать влажность, было проведено мало исследований по нарушению работы их нейронов, ощущающих влажность.

"Мы обнаружили, что аминовые одоранты подавляют реакцию на влажность", - сказал Рэй. "Мы определили нейроны в ACP, которые определяют влажность, и обнаружили, что определенные амины могут подавлять их чувствительность к влажности. Затем мы показали, что это сохраняется у плодовых мушек. Это, вероятно, первый случай, когда исследователи показали, что чувствительность к влажности может быть подавлена запахами".

Затем исследователи проверили чувствительность к влажности у комаров (Aedes aegypti и Anopheles coluzzi), которых привлекают водоемы для откладывания яиц. В лаборатории накормленным кровью комарам, готовым к откладке яиц, ставили две чашки с водой. В одну чашку поместили небольшой пузырек с запахом, который препятствует восприятию влажности. Исследователи обнаружили, что комары избегали откладывать яйца и предпочитали чашку без запаха.

"Это говорит о том, что можно заблокировать нейроны, реагирующие на влажность, у насекомых с помощью летучего химического вещества и снизить уровень откладывания яиц", - сказал Рэй.

Он также пояснил, что ACP, по-видимому, избегают высокой влажности. Для проверки их чувствительности к влажности в его лаборатории использовали Y-образную трубку с высокой влажностью в обоих рукавах. Сначала ACP предпочитали ни один из рукавов. Но когда исследователи ввели в одну руку одорант, подавляющий влажность, ACP стали предпочитать ее, потому что больше не могли ощущать влажность.

"Это означает, что, блокируя способность насекомых чувствовать воду с помощью летучего одоранта, мы можем манипулировать их путем определения влажности и изменять их поведение предсказуемым образом", - сказал Рэй. "В будущем, возможно, удастся сконструировать амины для предотвращения откладывания яиц насекомыми в определенных районах".

Исследование имеет значение для регионов, где комары распространяют болезни. После приема крови комары ищут воду, в которой откладывают яйца. Одна самка комара может отложить до 300 яиц за одну ночь.

"Из-за этого чрезвычайно высокого репродуктивного потенциала с весны до лета мы наблюдаем бурный рост численности комаров", - говорит Рэй. "Там, где есть вода с личинками комаров, очень трудно контролировать популяцию комаров. Вот почему в тропических странах невозможно уничтожить всех комаров. Даже если остается несколько комаров, они очень быстро размножаются".