В исследовании, опубликованном 24 мая в журнале Science, энтомологи из Университета штата Северная Каролина показывают нервный механизм, лежащий в основе отвращения к глюкозе, простому сахару, который является популярным ингредиентом яда для приманки для тараканов. Глюкоза активирует горькие рецепторы во вкусовых рецепторах тараканов, заставляя тараканы избегать продуктов, вызывающих эту реакцию вкусовых рецепторов.
Это отвращение имеет генетическую основу и в конечном итоге распространяется на потомство, в результате чего становятся все более многочисленными группы тараканов, которые отвергают глюкозу и любые приманки, сделанные с ней.У нормальных немецких тараканов глюкоза вызывает активность нейронов сахарных вкусовых рецепторов, которые реагируют на такие сахара, как глюкоза и фруктоза — компоненты кукурузного сиропа, распространенного ингредиента приманки для тараканов.
Обычно тараканы не любят этот сахар.«Мы не знаем, действительно ли глюкоза кажется горькой для тараканов, не склонных к глюкозе, но мы знаем, что глюкоза запускает горькие рецепторные нейроны, которые запускаются кофеином или другими горькими соединениями», — говорит доктор Коби Шал, Blanton J. Уитмир, заслуженный профессор энтомологии в штате Северная Каролина и автор статьи. «Это заставляет таракана, не имеющего отношения к глюкозе, закрывать рот и убегать от глюкозы в тестах».В ходе исследования исследователи провели тесты на языке тараканов, парных придатках рта, называемых параглоссами. Тесты показали неожиданные электрофизиологические реакции, которые глюкоза стимулирует как сахарные, так и горькие рецепторные нейроны, подтвердив поведенческие тесты, которые показали, что тараканы быстро убегают от глюкозы, когда им дают.
Но это не просто отвращение к сахару. Тараканы, подвергшиеся воздействию фруктозы, были счастливы вкусить ее сладость.
Нежелательные к глюкозе тараканы, которые были вынуждены попробовать глюкозу, отказывались глотать сахар, подобно ребенку, который выплевывает свою горькую на вкус пищу. А нормальные тараканы с удовольствием поедали глюкозу.
Исследователи узнали об этом, объединив глюкозу с пищевым красителем и наблюдая, как она поглощается или отторгается нормальными тараканами или тараканами, не склонными к глюкозе, соответственно.Соавтор исследования доктор Жюль Сильверман, заслуженный профессор энтомологии Чарльза Г. Райта в штате Северная Каролина, обнаружил отвращение к глюкозе и описал его структуру наследования более 20 лет назад. «Очень приятно, что теперь мы понимаем нейронный механизм, лежащий в основе этого необычного, но адаптивного поведения», — сказал он.
Однако тараканы с отвращением к глюкозе обходятся дорого. В отсутствие смесей глюкозо-токсичных веществ тараканы, не переносящие глюкозу, растут медленнее, чем обычные тараканы в лабораторных условиях, где отсутствуют пищевые стрессы. «Теперь мы хотим понять, как эта черта сохраняется в природе, где запасы пищи, вероятно, ограничены», — сказал Сильверман. «Тараканам приходится приспосабливаться к разнообразной и ненадежной пище, а отвращение к глюкозе накладывает дополнительные ограничения на получение адекватного питания».Шаль говорит, что гонка вооружений по борьбе с вредителями в основном была связана с обретением вредителями устойчивости к самим инсектицидам.
В этой статье, однако, показана гонка вооружений, которая включает поведенческую устойчивость к определенным типам пищи — в данном случае к глюкозе.«В большинстве случаев генетические изменения или мутации вызывают потерю функции», — говорит Шал. «В данном случае мутация привела к обретению новой функции — срабатыванию горьких рецепторов при введении глюкозы.
Это дает таракану новое поведение, которое является невероятно адаптивным. Эти тараканы только что обогнали нас в гонке вооружений».Аяко Вада-Кацумата, старший научный сотрудник штата Северная Каролина, выполнила большинство экспериментов и является первым автором статьи. Сейчас она изучает, могут ли тараканы научиться связывать глюкозу с определенными запахами и, таким образом, использовать свою память, чтобы игнорировать приманки, содержащие глюкозу.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Министерством жилищного строительства и городского развития США и Фондом Блантона Дж. Уитмайра в штате Северная Каролина.