Кубанский государственный технологический университет

Чем мы привлекаем постельных клопов

08-06-2012

Постельный клоп Cimex lectularius. Изображение с сайта medicinenet.com

Известно, что постельный клоп предпочитает кровь человека и в меньшей степени — кровь других теплокровных животных. Шведские биологи исследовали, какие именно составляющие человеческого запаха привлекают клопов. Оказалось, что эти насекомые избирательно реагируют всего на пять органических веществ, причем в слабых концентрациях. Сильные концентрации, напротив, их отпугивают.

В наши дни отмечается широкое распространение постельных клопов в жилых помещениях. Чем это вызвано — не очень понятно, хотя наверняка привыкание к инсектицидам, которое отмечается для других кровососущих насекомых, играет свою отрицательную роль. Еще в первой половине ХХ века было показано, что постельные клопы привлекаются углекислым газом и теплом. При этом клопы предпочитают идти именно на человеческий запах, а не на запах других теплокровных животных, хотя при отсутствии выбора они не брезгуют домашними животными, птицами и грызунами.

Запах нашей кожи включает в себя порядка 400 летучих химических веществ. Известно, что некоторые из этих веществ используются кровососущими насекомыми в процессе поиска пищи. Например, различные карбоновые кислоты, к которым относится, в частности, молочная кислота, привлекают комаров, мошку и некоторых других кровососущих насекомых. Но постельных клопов, оказывается, эти вещества не прельщают. Шведские биологи из Лундского университета и Шведского сельскохозяйственного университета в Алнарпе провели комплексное исследование, в котором постарались идентифицировать биологически активные составляющие человеческого запаха, которые вызывают физиологический и поведенческий ответ у постельного клопа.

Исследование начали со сбора индивидуальных запахов человека. За 24 часа до этой процедуры волонтеров попросили не принимать алкоголь и острую пищу, а также не использовать духов и душистых моющих средств. Волонтера помещали в пластиковый мешок с дыркой для головы и затем выкачивали насосом воздух из мешка. Выкачанный воздух пропускали через две хроматографические колонки, содержащие разные типы сорбентов. В хроматографических колонках не проводили разделения по фракциям, а просто смывали адсорбированные вещества раствором углеводорода пентана. В исследовании были использованы запахи восьми волонтеров. Для контроля выкачали воздух из пустого мешка и теми же методами пропустили через колонки. Экстракты запахов были проанализированы на газовом хроматографе.

Рис. 1. Рецепторы на конце антенны постельного клопа C. lectularius. Слева — изображение, полученное на сканирующем электронном микроскопе, справа — схема расположения рецепторов на внутренней (О1) и внешней (О2) поверхностях кончика антенны. Ольфакторные рецепторы подразделяются на три категории: бороздчатые шипики (C sensilla), гладкие шипики (D sensilla) и волоски (E sensilla). Длина масштабной линейки (белая полоса слева) 200 мкм. Самые длинные щетинки не относятся к ольфакторным рецепторам. Изображение из статьи: Harraca et al. Characterization of the antennal olfactory system of the bed bug (Cimex lectularius) // Chem. Senses, 2010

Авторы исследовали ответы ольфакторных (воспринимающих запахи) рецепторов клопа на стимуляцию суммарным запахом и отдельными фракциями. Ранее почти тем же коллективом авторов было показано, что рецепторы, которые располагаются на антеннах и воспринимают запахи, можно разделить у постельных клопов на три категории: бороздчатые шипики (C sensilla), гладкие шипики (D sensilla) и волоски (E sensilla) (рис. 1). Эти категории рецепторов различаются не только внешним строением кутикулярного выроста, но и количеством рецепторных клеток, лежащих в его основании. Только гладкие шипики, или D-рецепторы, хорошо отвечали на стимуляцию сульфидами, эфирами, альдегидами, кетонами и другими веществами (рис. 2).

Рис. 2. Примеры ответов одиночных рецепторных клеток, лежащих в основании разных типов ольфакторных рецепторов (D sensilla, C sensilla и E sensilla) на антеннах постельного клопа C. lectularius. Начало и конец стимуляции аммиаком, диметилтрисульфидом и (Е)-2-октеналом обозначены горизонтальными линиями внизу. Изображение из статьи Harraca et al. Characterization of the antennal olfactory system of the bed bug (Cimex lectularius), Chem. Senses, 2010

Протестировав ответы D-рецепторов на 31 вещество, ученые выделили три подтипа (D?, D? и D?) на основании их ответов на те или иные вещества. Одиночные рецепторные клетки по-разному отвечали на суммарный запах человека. Клетки, лежащие в основании волосков и бороздчатых шипиков, совсем не реагировали на стимул, тогда как клетки в основании гладких шипиков отвечали на него, но по-разному (рис. 3). Лучше всего отвечали клетки типа D?.

Рис. 3. Усредненный ответ (число импульсов в секунду) ольфакторных рецепторов постельного клопа C. lectularius на суммарный запах человека. Волосковые рецепторы (E sensilla) и бороздчатые шипики (С sensilla) совсем не отвечали на стимуляцию, тогда как гладкие шипики (D sensilla) отвечали, но по-разному в зависимости от подтипа рецепторов. Изображение из обсуждаемой статьи в Journal of Experimental Biology

Далее авторы выяснили, что только четыре альдегида (гептаналь, октаналь, нонаналь и деканаль) и кетон метилгептенон (6-methyl-5-hepten-2-one), или сулькатон (sulcatone), входящие в состав суммарного запаха, вызывают хороший ответ в клетках типа D? и D? (рис. 4). Волонтеры отличались друг от друга по наличию вышеперечисленных пяти веществ. У четырех человек (A, B, F, H) присутствовали все пять веществ, у трех человек (D, E, G) не было гептаналя и у одного человека (C) не было гептаналя и октаналя. Поэтому авторы решили исследовать поведенческие реакции клопов на запахи волонтеров A, B, C и D, а также на суммарный запах всех волонтеров.

Рис. 4. А — органические соединения в суммарном запахе человека, обнаруженные на пламенно-ионизационном детекторе. B — ответ ольфакторных рецепторов постельного клопа на эти соединения. Показаны ответы D? рецепторов (светло-серые линии), D? (темно-серые линии) и D? (черные линии). Изображение из обсуждаемой статьи в Journal of Experimental Biology

Для исследования поведения C. lectularius авторы использовали самодельный ольфактометр, сделанный из обычной пластиковой чашки Петри. Чашка была поделена перегородкой на две равные части, куда помещались фильтровальные бумажки, пропитанные исследуемым раствором и растворителем в качестве контроля. Чашка накрывалась металлической сеткой, которая служила ареной для клопов, а сверху накрывалась крышкой с центральным отверстием. Отверстие предотвращало смешение запахов, и, кроме того, через него опускали клопов на арену. При последующем анализе передвижения клопа по арене выделяли контрольный и тестовый участки, причем для каждого из них различали открытую зону и края зоны (где меньше пахло). Поведение снимали на видеокамеру и затем анализировали траектории движения клопов (рис. 5).

Рис. 5. A — вид ольфактометра для проведения поведенческих экспериментов на постельном клопе C. lectularius сверху и сбоку. B — примеры траекторий клопов. Stimulus — тестовый запах, solvent — растворитель (контроль). Буквы соответствуют зонам контрольных (с и СС) и тестовых (t и TT) камер чашки Петри. Двойные заглавные буквы соответствуют половине чашки, маленькие буквы обозначают только открытую зону. Изображение из обсуждаемой статьи в Journal of Experimental Biology

Для тестирования клопов были использованы не только исходные запахи, но и разведенные в 10 и в 100 раз. Всего было протестировано 15 образцов запахов, а результаты были проанализированы с помощью метода главных компонент. Результаты представлены на рис. 6, на котором можно увидеть довольно четкие различия в поведении клопов в зависимости от тестируемой смеси веществ. Значения по оси Х (фактор 1 анализа главных компонент) — так называемый индекс отталкивания (index of repulsion), который коррелирует со временем, проведенным клопом в контрольной зоне. Значения по оси Y (фактор 2) — индекс перемещения в открытой зоне, коррелирующий со временем, проведенным клопом ближе всего к тестовому запаху. Авторы применили еще статистический тест, чтобы объединить сходные поведенческие ответы в кластеры. В результате оказалось, что неразведенные экстракты запахов волонтеров А и С, а также суммарный запах вызывали сходный отталкивающий эффект. Напротив, неразведенные экстракты запахов волонтеров В и D и разведенные в 10 раз запахи А и С вызывали почти тот же эффект, что и контрольный запах, то есть нейтральный ответ. Слабое предпочтение выказывалось клопами в основном тем экстрактам, которые были разведены в 100 раз.

Рис. 6. Анализ главных компонент результатов поведения клопов C. lectularius при предъявлении различных экстрактов запахов человека: волонтеров A, B, C и D, суммарного запаха M (жирные буквы), разведенных в 10 раз (заглавные буквы) и разведенных в 100 раз (маленькие буквы). О обозначает поведение клопов при наличии контрольного раствора в обеих камерах. Пунктирные линии объединяют сходные результаты по расчетам индекса сходства Брея-Куртиса. Ось Х обозначает присутствие клопов в контрольной зоне, то есть избегание запаха, ось Y — присутствие клопов в открытой зоне, то есть привлечение запахом. Изображение из обсуждаемой статьи в Journal of Experimental Biology

Какое же заключение следует из данного исследования? Во-первых, постельные клопы реагируют на значительно более узкий спектр органических веществ, присутствующих в запахе человека, чем другие кровососущие насекомые. Комары, мошка, поцелуйный клоп из подсемейства Triatominae, муха цеце реагируют на те же вещества, что и клопы, но, кроме того, их еще привлекают по меньшей мере пять органических веществ в составе человеческого запаха. В таком случае, постельные клопы являются менее приспособленными паразитами человека, чем другие кровососущие насекомые. Этот факт кажется удивительным, учитывая то, что человек является излюбленным хозяином для этого паразита. Выходит, что сенсорная система клопа в процессе эволюции не подверглась оптимизации в той степени, в которой она отмечается у других человеческих паразитов.

Другое интересное заключение, следующее из этой работы, касается концентрации запахов, привлекающих клопов. Сильные концентрации человеческого запаха отпугивают клопов, а слабые — привлекают. Но этот результат, оказывается, согласуется с данными по другим насекомым, например по разным видам комаров, которые тоже предпочитают слабые концентрации специфических запахов. Может, были правы наши далекие предки, которые не очень часто баловали себя мытьем...

Источник: V. Harraca , C. Ryne, G. Birgersson, R. Ignell. Smelling your way to food: can bed bugs use our odour? // Journal of Experimental Biology. 2012. V. 215. Pp. 623–629.

См. также: Новое средство для борьбы с комарами мешает самкам находить своих жертв, «Элементы», 22.06.2011.

Варвара Веденина

‹‹  Сделать проще всего через фирму pushkino.lastdiplom.ru. Это быстро, качественно и надежно. И вы еще не раз обратитесь за помощью в написании контрольных, диссертаций или курсовых.