Naukowcy odkrywają, że głuche samce komarów nie łączą się w pary

Romans to złożona sprawa u ludzi. Istnieje osobowość, wygląd, uwodzenie, wszelkiego rodzaju sygnały fizyczne i społeczne. Komary są znacznie bardziej tępe. Gody odbywają się przez kilka sekund w powietrzu. Aby przyciągnąć mężczyznę, wystarczy dźwięk trzepotania skrzydłami samicy. Wyobraźcie sobie zdziwienie badaczy, gdy pojedyncza zmiana całkowicie zabiła libido komarów.

Badanie przeprowadzone przez Uniwersytet Kalifornijski w Santa Barbara pokazuje, że to naprawdę wszystko. Naukowcy z laboratorium profesora Craiga Montella stworzyli głuche komary i odkryli, że samce w ogóle nie były zainteresowane łączeniem się w pary. „Można je zostawić razem z samicami na kilka dni, a mimo to nie będą się kojarzyć” – powiedział Montell.

Ta radykalna zmiana była łatwa do wprowadzenia. „Brak pojedynczego genu, trpVa, spowodował tak głęboki wpływ na zachowania godowe komarów” – wyjaśnił współautor Dhananjay Thakur, doktorant na Wydziale Biologii Molekularnej, Komórkowej i Rozwoju.

Wyniki, opublikowany w Postępowanie Narodowej Akademii Nauk może mieć poważne implikacje dla sposobu, w jaki zarządzamy przenoszeniem chorób poprzez lepszą kontrolę populacji komarów wektorów, takich jak Aedes aegypti, które co roku zakażają setki milionów ludzi wirusami wywołującymi choroby.

Rozbrykane skeetery

„W letnie wieczory często widzimy roje komarów gromadzące się nad wodą lub pod latarniami. Spotkania te mają w zasadzie charakter masowych wydarzeń godowych” – powiedział współautor Yijin Wang, były postdoc na UCSB. Chociaż komary posiadają niezwykłą zdolność do rozmnażania się, naukowcy nadal mają ograniczoną wiedzę na temat działających mechanizmów molekularnych i neurologicznych.

Zaloty Aedes aegypti zwykle przebiegają w następujący sposób: samice machają skrzydłami z częstotliwością około 500 Hz. Kiedy samce to usłyszą, odlatują, brzęcząc z częstotliwością około 800 Hz. Samce również szybko modulują tę częstotliwość, gdy w pobliżu znajdują się kobiety. Potem następuje szybkie spotkanie w powietrzu i kochankowie rozchodzą się. Samce zawsze szukają nowych potencjalnych partnerów, ale samica, która pomyślnie się kojarzy, na ogół nie zrobi tego ponownie.

Montell i współautorzy Yijin Wang, Thakur i Emma Duge podejrzewali, że słuch odgrywa rolę w tym zachowaniu, więc zbadali neurony słuchowe owada. Znajdują się one u podstawy czułków w strukturze zwanej organami Johnstona.

Anteny to wspaniałe, wielozmysłowe aparaty, wypełnione węchowymi, mechanosensorycznymi, a nawet termicznymi zmysłami podczerwieni, jak niedawno odkryło laboratorium Montell’a. W bieżącym badaniu zespół skupił się na konkretnym kanale sensorycznym zwanym TRPVa – i odpowiadającym mu genie, trpVa – będącym u komara analogiem kanału niezbędnego do słyszenia u muszek owocowych.

Zespół wykorzystał CRISPR-Cas9 do wyeliminowania genu kodującego TRPVa u komarów Aedes aegypti. Powstałe zwierzęta nie wykazywały żadnej reakcji na dźwięk. W rzeczywistości odkryli, że dźwięk nie wywołuje żadnej aktywności elektrycznej w neuronach narządu Johnstona. Owady były naprawdę głuche.

A kiedy autorzy umieścili głuchych mężczyzn w komnatach z kobietami… nic się nie wydarzyło. „Jeśli nie słyszą trzepotu skrzydeł samicy, nie są zainteresowani” – powiedział Montell. Z drugiej strony ich słyszący odpowiednicy nie tracili czasu na zajęcie się: kopulowali wiele razy w ciągu kilku minut.

Romantyczna ścieżka dźwiękowa

Słuch jest niezbędny nie tylko samcom do kopulacji, ale wydaje się, że wystarczy do wzbudzenia ich pragnień. Kiedy autorzy odtwarzali dźwięk uderzeń skrzydeł samic normalnym samcom, samce zazwyczaj reagowały uciśnięciami brzucha. Byli zwarci i gotowi do działania. Głusi mężczyźni ledwo drgnęli.

Kobiety natomiast to inna historia. W niesłyszących kobietach pozostało jeszcze trochę pożądania. „Wpływ na kobietę jest minimalny, ale wpływ na mężczyznę jest absolutny” – powiedział Montell. Zespół planuje zbadać te różnice w przyszłych pracach.

„Myślę, że nasze główne odkrycie jest tak szokujące, ponieważ u większości organizmów zachowanie godowe zależy od kombinacji kilku bodźców zmysłowych” – powiedział Duge, jeden z doktorantów Montell. „Fascynujący jest fakt, że odebranie jednego zmysłu może całkowicie wyeliminować łączenie się w pary”.

Autorzy uważają, że ich wyniki – rola dźwięku w kojarzeniu się i funkcja TRPVa w słyszeniu – można uogólnić na inne gatunki komarów.

trpVa wyraża się w JO z dymorficznymi projekcjami aksonalnymi płciowo. (A) Rysunek przedstawiający męską głowę. (B i C) Ekspresja reportera trpVa (trpVaQF2>QUAS-mCD8-GFP) w przekroju JO od samca. mCD8-GFP (reporter trpVa) wykryto przy użyciu anty-mCD8 (zielony), a F-aktynę znakowano przy użyciu fluorescencyjnie znakowanej falloidyny (magenta). Wskazano obszary ze skolopidiami typu A – D. (D – F) Występy aksonalne oznaczone reporterem trpVa w męskim mózgu. Anty-nc82 (magenta) szeroko opisuje neuropile w całym mózgu (40). (G) Rysunek przedstawiający kobiecą głowę. (H i I) Wyrażenie reportera trpVa w przekroju JO od kobiety. (J – L) Występy aksonalne oznaczone reporterem trpVa w kobiecym mózgu. Kredyt: Postępowanie Narodowej Akademii Nauk (2024). DOI: 10.1073/pnas.2404324121

Patrząc do środka

Fizjologia komara pokazuje, jak ważny jest dla tych owadów słuch. Montell wyjaśnił, że samce komarów mają najwięcej neuronów słuchowych ze wszystkich znanych owadów. Kobiety mają o połowę mniej. To wciąż dużo, ale w przypadku mężczyzn słuch ma znacznie większe znaczenie.

Aby zidentyfikować, które neurony wyrażają gen trpVa, autorzy dodali do genomu komara gen kodujący białko zielonej fluorescencji. Zrobili to w taki sposób, że ekspresja białka fluorescencyjnego była pośrednia pod kontrolą promotora trpVa.

Promotor to sekwencja DNA zwykle zlokalizowana na początku genu, z którą wiążą się enzymy, aby zainicjować transkrypcję, w tym przypadku uruchamiając produkcję białek o zielonej fluorescencji. Teraz zmutowane komary będą wytwarzać zielone białko fluorescencyjne we wszystkich miejscach, w których normalnie wytwarza się TRPVa. Zatem te same komary dostarczyły obiektów testowych do eksperymentu i jasnozielonej mapy ekspresji TRPVa do analizy.

Nic dziwnego, że zespół odkrył, że trpVa ulega ekspresji w narządzie Johnstona. Mogli także wyraźnie śledzić ścieżki neuronów słuchowych prowadzących stamtąd do mózgu, a także dostrzegać różnice w tych ścieżkach między samcami i samicami komarów.

Porwanie zalotów komarów

Patogeny przenoszone przez komara Aedes aegypti zakażają około 400 milionów ludzi rocznie, z czego u około 100 milionów rozwijają się choroby takie jak denga, zika i żółta febra. Oznacza to, że zrozumienie jego zachowania i cyklu życia może zapewnić nam narzędzia i wgląd w zapobieganie chorobom.

Jedną z potencjalnych metod zwalczania wektorów owadzich jest technika sterylnych owadów (SIT), która polega na wypuszczaniu dużej liczby bezpłodnych samców w celu kopulacji z samicami. U niektórych owadów, np. komarów, udane krycie uniemożliwia samicom szukanie innych partnerów. A jeśli samica kojarzy się z bezpłodnym samcem, tak naprawdę nie rodzi potomstwa. Teoretycznie może to spowodować tłumienie populacji.

Technika ta działa doskonale w przypadku niektórych szkodników rolniczych, takich jak mączka kalifornijska. „Fakt, że nie słyszeliście o tym szkodniku, świadczy o skuteczności SIT, ponieważ 30 lat temu było o nim głośno” – powiedział Montell.

Jednak sukces SIT u Aedes aegypti jest ograniczony przez konkurencyjność bezpłodnych samców; muszą najpierw dotrzeć do kobiet, aby sztuczka zadziałała. Obecnie technika ta nie powoduje wystarczającej redukcji populacji komarów, aby spadła ona poniżej progu krytycznego i spowodowała gwałtowny spadek populacji.

Biorąc pod uwagę kluczową rolę słuchu w zalotach komarów, trpVa może stanowić cel zwiększenia skuteczności SIT. Laboratorium Montell pracuje nad kilkoma sposobami wytworzenia bezpłodnych samców, które będą w stanie konkurować ze swoimi naturalnymi odpowiednikami. Miejmy nadzieję, że sztuczka będzie tak prosta, jak ci niewybredni kochankowie.