Ученые раскрыли сложную механику укусов комаров и различия между видами

Ученые из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса под руководством Кристофера Поттера и Джоанны Конопка впервые детально изучили механику укусов комаров на коже человека в реальном времени и обнаружили существенные различия в стратегиях питания между видами. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показало, что малярийные комары Anopheles coluzzii находят кровеносные сосуды на 17 секунд быстрее, чем комары Aedes aegypti, при этом общая продолжительность укуса у обоих видов составляет около 160 секунд.

Комары являются самыми смертоносными животными на планете из-за их способности передавать смертельные заболевания, такие как малярия, лихорадка денге и Зика. Критической точкой передачи патогенов является момент укуса, когда самка комара прокалывает кожу человека для получения порции крови, необходимой для развития яиц. До сих пор тонкая механика этого процесса на поверхности кожи человека оставалась практически неизученной. Новое исследование заполняет этот пробел, используя комбинацию современных технологий для наблюдения за поведением комаров как на поверхности кожи, так и под ней.

Авторы работы объединили несколько подходов для полного анализа поведения комаров. Высокоскоростная видеосъемка фиксировала движения комаров на поверхности кожи человека, а алгоритмы глубокого обучения отслеживали положение отдельных частей тела насекомых. Электропентрография позволяла записывать электрические сигналы, возникающие при контакте хоботка комара с тканями под кожей, что давало возможность определить различные фазы укуса. Вычислительный анализ временных рядов помог количественно оценить характеристики каждого этапа питания.

Пять фаз комариного укуса

Исследователи впервые выделили и охарактеризовали 5 различных фаз укуса, происходящих под поверхностью кожи. Первая фаза представляет собой прокалывание кожи, когда кончик хоботка проникает через эпидермис. Вторая фаза это поиск кровеносного сосуда, во время которой хоботок перемещается в тканях, меняя глубину погружения. Третья фаза это всасывание крови после обнаружения сосуда. Четвертая фаза это втягивание хоботка обратно к поверхности кожи. Пятая фаза это полное извлечение хоботка из кожи после завершения питания.

По словам авторов исследования, комары демонстрируют сложную синхронизацию движений различных частей тела в месте укуса через моторные и хемосенсорные процессы. Исследователи обнаружили, что передние ноги комара изгибаются, когда хоботок погружается глубже в кожу, и выпрямляются перед его извлечением. Это поведение опережает движения хоботка примерно на 0,05-0,5 секунды. При поиске сосуда усики комара ритмично двигаются из стороны в сторону параллельно поверхности кожи, никогда не касаясь ее, с частотой от 10 до 25 герц.

Различия между видами комаров

Сравнительный анализ показал значительные различия в стратегиях питания между малярийными комарами Anopheles coluzzii и комарами Aedes aegypti, которые эволюционно разошлись около 150 миллионов лет назад.

Малярийные комары находили кровеносные сосуды значительно быстрее, тратя на поиск в среднем 21 секунду по сравнению с 38 секундами у Aedes aegypti. Однако общая продолжительность укуса была схожей: 160 секунд у Anopheles и 165 секунд у Aedes. Малярийные комары также быстрее прокалывали кожу и быстрее извлекали хоботок после завершения питания.

Роль хемосенсорных генов

Исследователи изучили влияние двух ключевых хемосенсорных генов, orco и IR76b, на поведение комаров при укусе. Мутанты по гену IR76b показали серьезные нарушения в способности к питанию кровью. Более 50 процентов гомозиготных мутантов IR76b вообще не пытались укусить в течение 20 минут после контакта с кожей.

Из тех, кто все же пытался укусить, только 67 процентов смогли получить даже небольшие порции крови. Это указывает на то, что ген IR76b играет критическую роль в распознавании подходящих мест для укуса и успешном питании.

Полученные результаты показывают, что различные виды комаров выработали специфические стратегии питания, связанные с их образом жизни. Комары вида Anopheles активны в сумерках и ночью, тогда как Aedes кусают днем. Понимание тонкой механики укусов может привести к разработке новых методов предотвращения передачи заболеваний. Если удастся нарушить процесс поиска кровеносных сосудов или сам процесс питания, это может значительно снизить эффективность передачи патогенов от комаров к человеку.