Генетика вампиризма: как отучить комара кусаться

Наталья Резник
Ната­лья Рез­ник

При сло­ве «комар» мы сра­зу вспо­ми­на­ем надо­ед­ли­вое куса­чее насе­ко­мое. Его уку­сы еще мож­но было бы пере­жить, одна­ко, что гораз­до хуже, неко­то­рые виды кро­во­со­сов слу­жат пере­нос­чи­ка­ми тяже­лых забо­ле­ва­ний. Изба­вим­ся ли мы когда-нибудь от столь опас­но­го сосед­ства? Тео­ре­ти­че­ски это воз­мож­но, ведь суще­ству­ют неку­са­чие виды кома­ров, про­изо­шед­шие от кро­во­со­су­щих пред­ков. Такие виды в ходе эво­лю­ции воз­ни­ка­ли не еди­но­жды, и если это слу­ча­лось в при­ро­де, то, выяс­нив, какие гены опре­де­ля­ют отли­чия куса­ю­щих­ся кома­ров от без­вред­ных, мож­но попро­бо­вать решить эту про­бле­му.

К сча­стью, нуж­ный ответ под­ска­за­ла сама при­ро­да. Неку­са­чие виды в ходе эво­лю­ции воз­ни­ка­ли не один раз, и зна­ние того, какие гены опре­де­ля­ют отли­чия куса­ю­щих­ся кома­ров от без­вред­ных, помо­жет решить эту про­бле­му.

Недав­но иссле­до­ва­те­лям уда­лось най­ти чудес­ный модель­ный объ­ект для изу­че­ния гене­ти­ки вам­пи­риз­ма. В боло­тах Север­ной Аме­ри­ки живут кома­ры Wyeomyia smithii. Сам­ки откла­ды­ва­ют яйца в лов­чие листья-кув­шин­чи­ки насе­ко­мо­яд­но­го рас­те­ния сар­ра­це­нии пур­пур­ной Sarracenia purpurea. В кув­шин­чи­ках все­гда есть вода, в кото­рой и раз­ви­ва­ют­ся личин­ки. Они пита­ют­ся частич­но раз­ло­жив­ши­ми­ся насе­ко­мы­ми, попав­ши­ми в ловуш­ку, а их выде­ле­ния слу­жат пищей для сар­ра­це­нии.

Личинка Wyeomyia smithii (NBC Learn)
Личин­ка Wyeomyia smithii (NBC Learn)

Обыч­но сам­ки кровь не пьют, хотя кро­во­со­су­щий аппа­рат у них есть. Одна­ко на юге аре­а­ла, во Фло­ри­де, кома­ры ино­гда куса­ют­ся. Аме­ри­кан­ский энто­мо­лог Уильям Брэд­шоу (William Bradshaw), изу­ча­ю­щий W. smithii с 1970-х годов, лич­но наблю­дал, как комар пьет кровь каро­лин­ской короб­ча­той чере­па­хи Terrapene carolina [1]. Людям тоже доста­ет­ся, а при слу­чае кома­ры и кры­сой не побрез­гу­ют, так что спектр хозя­ев у них широ­кий. Один раз сам­ки могут отло­жить яйца, нико­го не кусая, но для после­ду­ю­щих кла­док им нуж­но напить­ся кро­ви.

Вам­пир­ству­ют не все кома­ры Фло­ри­ды, а при­мер­но пятая часть попу­ля­ции, при этом сам­ки ника­ких забо­ле­ва­ний не пере­но­сят. Куса­ю­щие и неку­са­ю­щие осо­би W. smithii тес­но сосед­ству­ют, могут жить даже в одном саду, так что гене­ти­че­ские раз­ли­чия меж­ду ними долж­ны быть свя­за­ны пре­иму­ще­ствен­но с типом пита­ния.

Уильям Брэд­шоу и его кол­ле­ги отло­ви­ли при­мер­но 14 тыс. фло­рид­ских кома­ров и про­ве­ли целе­на­прав­лен­ный отбор на «куса­честь» [2]. Спу­стя три года и семь поко­ле­ний часто­та кро­во­со­сов в лабо­ра­тор­ной попу­ля­ции воз­рос­ла вдвое — до 40%. Иссле­до­ва­те­ли сфор­ми­ро­ва­ли две груп­пы насе­ко­мых: в одной все сам­ки куса­ют­ся, в дру­гой — ни одна. Это зна­чит, что, подол­гу нахо­дясь в одном поме­ще­нии с кры­сой, ни один комар ее не уку­сил. Так же себя ведут W. smithii из шта­та Мэн (север­ной части аре­а­ла): в ходе эво­лю­ции они дав­но отка­за­лись от питья кро­ви.

Уче­ные срав­ни­ли ген­ную экс­прес­сию у самок всех трех групп. Кома­рам-кро­во­со­сам поз­во­ля­ли сесть на кожу и погру­зить в нее хобо­ток, и, как толь­ко они это дела­ли, насе­ко­мое заби­ва­ли. Уче­ных инте­ре­со­ва­ла экс­прес­сия генов кома­ра, кото­рый при­го­то­вил­ся к тра­пе­зе, но к ней еще не при­сту­пил.

Ока­за­лось, что экс­прес­сия генов куса­чих и неку­са­чих кома­ров суще­ствен­но раз­ли­ча­ет­ся, при этом про­фи­ли экс­прес­сии мир­ных самок Мэна и Фло­ри­ды очень похо­жи. Раз­ли­чия в типе пита­ния W. smithii на севе­ре и юге их аре­а­ла — резуль­тат есте­ствен­но­го отбо­ра. Искус­ствен­ный отбор, про­ве­ден­ный в лабо­ра­то­рии, при­вел к тем же резуль­та­там, то есть в обо­их слу­ча­ях моле­ку­ляр­ная осно­ва про­изо­шед­ших изме­не­ний была оди­на­ко­вой.

Иссле­до­ва­те­ли обна­ру­жи­ли, что у куса­чих самок еще до того, как они напьют­ся кро­ви, актив­но рабо­та­ют гены, свя­зан­ные с бел­ко­вым пита­ни­ем (рас­щеп­ле­ни­ем бел­ков), кле­точ­ным деле­ни­ем и раз­ви­ти­ем яич­ни­ков. Они уже зара­нее гото­вят­ся пере­ра­бо­тать бел­ки кро­ви, сти­му­ли­ру­ю­щие деле­ние кле­ток и созре­ва­ние репро­дук­тив­ных орга­нов. Такая под­го­тов­ка тре­бу­ет зна­чи­тель­ных энер­ге­ти­че­ских затрат.

Неку­са­ю­щие сам­ки так­же гото­вы к исполь­зо­ва­нию и запа­са­нию энер­гии, но пред­ва­ри­тель­ная ори­ен­та­ция на опре­де­лен­ный мета­бо­ли­че­ский путь у них отсут­ству­ет. Их яич­ни­ки изна­чаль­но луч­ше раз­ви­ты, чем у самок-вам­пи­ров, и они могут сде­лать несколь­ко кла­док, не под­креп­ляя себя кро­вью.

Кро­ме того, у вам­пи­ров W. smithii све­то­вос­при­я­тие сла­бее, чем у мир­ных осо­бей, зато они луч­ше чув­ству­ют запа­хи. Во взрос­лой жиз­ни куса­ю­щим кома­рам помо­га­ет обо­ня­ние, а неку­са­ю­щим — зре­ние.

W. smithii — не един­ствен­ный вид, отка­зав­ший­ся от питья кро­ви в ходе есте­ствен­но­го отбо­ра. При­чи­ны, побу­див­шие кома­ров к отка­зу от живот­ной тра­пезы, зате­ря­лись в глу­би­нах эво­лю­ции, но неко­то­рые пред­по­ло­же­ния сде­лать мож­но.

Преж­де все­го, пита­ние кро­вью — чрез­вы­чай­но энер­го­ем­кий про­цесс. Как пока­за­ли экс­пе­ри­мен­ты Брэд­шоу и его кол­лег, зна­чи­тель­ное коли­че­ство энер­гии ухо­дит на то, что­бы под­го­то­вить внут­рен­ние про­цес­сы орга­низ­ма к буду­щей тра­пе­зе. А ведь надо еще най­ти жерт­ву и не попла­тить­ся жиз­нью за обед. Кро­ме того, кровь горя­ча, и комар, погло­щая ее, испы­ты­ва­ет теп­ло­вой шок. При рас­па­де эрит­ро­ци­тов высво­бож­да­ет­ся ток­сич­ный гем и желе­зо, кото­рые надо выво­дить из орга­низ­ма. Так что вам­пи­ризм, если учесть все свя­зан­ные с ним про­бле­мы, не так уж и при­вле­ка­те­лен.

Одна­ко на юге иссле­ду­е­мо­го аре­а­ла часть W. smithii про­дол­жа­ет сосать кровь. По мне­нию Уилья­ма Брэд­шоу, это про­ис­хо­дит из-за раз­ли­чия внеш­них усло­вий [3]. Раз­ви­тие личи­нок кома­ра зави­сит от коли­че­ства как доступ­ных для засе­ле­ния листьев, так и пищи в них. Лист живет от шести меся­цев до года, но как ловуш­ка наи­бо­лее эффек­ти­вен в воз­расте 2–4 недель, а затем коли­че­ство пой­ман­ной им добы­чи сни­жа­ет­ся. Поэто­му самок W. smithii в первую оче­редь при­вле­ка­ют толь­ко что рас­крыв­ши­е­ся листья — имен­но в них они стре­мят­ся отло­жить яйца. В этом слу­чае личин­ки вылу­пят­ся как раз в то вре­мя, когда ловуш­ка будет рабо­тать с наи­боль­шей актив­но­стью.

Комары Wyeomyia smithii отдыхают в кувшинчике саррацении (phys.org)
Кома­ры Wyeomyia smithii отды­ха­ют в кув­шин­чи­ке сар­ра­це­нии (phys.org)

На юге теп­лый кли­мат, плот­ность кома­ров высо­ка, лов­чие кув­шин­чи­ки пере­пол­не­ны личин­ка­ми, из кото­рых окук­ли­ва­ет­ся обыч­но не более 12%. На севе­ре аре­а­ла ловуш­ки сар­ра­це­нии заби­ты личин­ка­ми вес­ной и осе­нью, одна­ко летом их плот­ность суще­ствен­но ниже, и этот пери­од бла­го­при­я­тен для раз­мно­же­ния.

Во Фло­ри­де тако­го пери­о­да нет, поэто­му сам­кам луч­ше сде­лать несколь­ко кла­док: тогда им, воз­мож­но, пове­зет, и они пер­вы­ми отло­жат яйца в рас­кры­ва­ю­щий­ся лист. На юге аре­а­ла сам­ки W. smithii живут доль­ше, чем на севе­ре, так что вре­мя для несколь­ких попы­ток у них есть, но, что­бы делать повтор­ные клад­ки, нуж­на кровь.

Теперь, когда иссле­до­ва­те­лям ста­ли в общих чер­тах извест­ны при­чи­ны, поз­во­ля­ю­щие кома­рам отка­зать­ся от вам­пи­риз­ма, оста­ет­ся узнать, какие имен­но гены побуж­да­ют кро­во­со­сов отправ­лять­ся на поиск хозя­и­на.

Совре­мен­ные тех­но­ло­гии поз­во­ля­ют воз­дей­ство­вать на эти гены. Такая зада­ча — дело буду­ще­го, одна­ко направ­ле­ние иссле­до­ва­ний уже наме­че­но. Воз­мож­но, имен­но W. smithii ста­нут объ­ек­том, на кото­ром био­тех­но­ло­ги опро­бу­ют новый метод борь­бы с вам­пи­риз­мом кома­ров.

О том, как борют­ся с кома­ра­ми-пере­нос­чи­ка­ми жел­той лихо­рад­ки, см. [4].

Ната­лья Рез­ник

1. Bradshaw W. E. Blood-feeding and capacity for increase in the pitcher-plant mosquito, Wyeomyia smithii /​/​ Environ Entomol.,1980, 9, p. 86–89.

2. Bradshaw W. E., Burkhart J., Colbourne J., Borowczak R., Lopez J., Denlinger D., Reynolds J., Pfrender M., Holzapfel Ch. Evolutionary transition from blood feeding to obligate nonbiting in a mosquito /​/​ Proc Natl Acad Sci USA, 2018, 115, 1009–1014, doi: 10.1073/pnas.1717502115.

3. Bradshaw W. E. Variable iteroparity as a life-history tactic in the pitcher-plant mosquito Wyeomyia smithii/​/​ Evolution, 1986, 40(3), p. 471–478.

4. Рез­ник Н. Кома­ры про­тив лихо­рад­ки.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

1
Оставить комментарий

avatar
1 Цепочка комментария
0 Ответы по цепочке
0 Последователи
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
1 Авторы комментариев
Вдадимир Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Вдадимир
Гость
Вдадимир

Как отучить кома­ра кусать­ся?

И как?

Делал я такой экс­пе­ри­мент. Акку­рат­но пой­мал кома­ра, отре­зал нож­нич­ка­ми «хобот» и отпу­стил.
Три дня кома­ры в ком­на­те не куса­ли.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (3 оценок, среднее: 4,33 из 5)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: