Крылатые суперагенты

Они наводят ужас на миллионы людей по всему миру. Все их тело нашпиговано гиперчувствительными «приборами», позволяющими максимально эффективно настигать жертв. Комары — реальные суперагенты мира насекомых, хотя их размер едва достигает пяти миллиметров.

Самка комара (а кусаются именно самки: кровь нужна им, чтобы производить яйца) чувствует добычу за десятки метров. Сделать это ей помогают тысячи подвижных сверхчувствительных щетинок, покрывающих тело. Основание каждой подсоединено к нервной клетке, так что незамеченным не остается даже малейшее движение воздуха. Обонятельные отверстия на кончиках щетинок улавливают отдельные молекулы запаха жертвы.

Больше всего щетинок (1300 штук) на ротовом аппарате и голове. Еще свыше трети рецепторов, расположенных на усиках-антеннах, улавливают вещества, выделяемые с потом. Рецепторы передают сигнал в зоны мозга,распознающие запахи. У комаров они поистине гигантские и сравнимы со зрительными.

В 2016 году ученые из Калифорнийского института в Дейвисе установили, что самки не бросаются на кого попало. Выбор жертвы определяется двумя участками на второй и третьей хромосомах, 2Rb и 3Ra, и генами группы orco. Комары с определенными изменениями в этих фрагментах ДНК кусают только людей. Насекомые с другими мутациями в 2Rb и 3Raохотятся на крупный рогатый скот.

Участок для прокола комары тоже выбирают неслучайно. При помощи рецепторов на особых чувствительных структурах — лабеллумах, которые формируют чехол для хоботка, комары улавливают сенсорные сигналы, указывающие, что именно здесь до сосуда добраться проще всего. 

ВЫБРАТЬ ЛУЧШЕГО: 

«ЖУЧКИ» ВНУТРИ ЖЕРТВЫ

Запах пота жертвы важен на большом расстоянии. Когда комар приближается к потенциальному обеду на несколько десятков сантиметров, ведущую роль начинает играть выделяемый при дыхании углекислый газ. И тут на помощь комарам (правда, не всем, а только малярийным, из рода Anopheles) приходит возбудитель малярии. Он подобно шпионскому жучку указывает на лучшую жертву. Паразит вырабатывает вещество HMBPP, стимулирующее эритроциты выделять больше CO2 и других летучих веществ. Запах зараженного человека или животного привлекает комаров и пробуждает в них зверский аппетит. Плазмодий помогает хищникам определиться с выбором не просто так: попав в организм насекомого с кровью жертвы, он увеличивает свои шансы заразить нового хозяина.

Комары, у которых нет «подсказок» от плазмодия, выбирают жертву, ориентируясь на выделяемые кожей особые вещества — кайромоны и алломоны. Ученые из Лондонской школы тропической медицины выяснили, что самыми «вкусными» насекомые считают людей и животных, продуцирующих больше кайромонов. А вот счастливчики, чья кожа выделяет много 1-метилпиперазина, становятся «невидимыми» для комаров, лишая их обоняния.

Вылупившись из куколки, взрослый комар несколько минут ждет, пока его крылья расправятся 

ДОГНАТЬ ЛЮБОЙ ЦЕНОЙ: 

УНИКАЛЬНАЯ АНАТОМИЯ КРЫЛА

Комары — одни из лучших летунов среди насекомых. При размере от 4 до 10 мм они летают со скоростью 3 км/ч. Если бы самый быстрый самолет-разведчик Lockheed SR-71 Blackbird летал так же стремительно, как комар, то он разгонялся бы до 130 000 км/ч. Реальный мировой рекорд на сегодня — 3530 км/ч. 

Ученые много лет не могли понять, как комары добиваются подобного проворства. Лишь в 2017 году исследователи из Оксфордского университета, используя восемь камер с частотой съемки 10 000 кадров в секунду, смогли запечатлеть движения крыльев комара. Насекомое делает до 800 взмахов в секунду, а угловая амплитуда взмаха — всего 40 градусов. Взмахи получаются короткими, и комары могут делать их больше, чем другие насекомые сопоставимого размера. С широкими крыльями такого не добиться, но у комаров крыло длинное и узкое относительно тела. В конце взмаха комар дополнительно вращает крыло, и по краю образуются небольшие вихри, создающие добавочную тягу, направленную вверх. Эта сложная система помогает шестиногим истребителям максимально эффективно расходовать энергию.

Волоски на краях крыльев помогают комару летать и отчасти определяют специфическое жужжание конкретного вида

ОБОЙТИ ПРЕПЯТСТВИЕ: 

СИСТЕМА ВНЕДРЕНИЯ В ОБЪЕКТ

Комары прекрасно летают и в ясную погоду, и во время дождя, хотя встречаться с каплями им приходится примерно раз в 20 секунд. Перегрузки при столкновении сравнимы с перегрузками космонавтов, когда их корабль выходит на орбиту, но никакого вреда насекомым они не причиняют. Когда капля соприкасается с телом суперагента, он «вплывает» в нее и вместе с ней падает около шести сантиметров. Затем покидает «транспорт» и продолжает полет.

Если же капля ударяет по ногам, комар кувыркается в воздухе и моментально восстанавливает равновесие с помощью жужжалец — булавовидных органов, покрытых множеством чувствительных щетинок. У предков комаров жужжальца были задними крыльями, но суперагенты нашли им более полезное применение. Вибрируя в такт с крыльями, эти отростки регистрируют малейшие наклоны тела, выполняя функцию сверхточного вестибулярного аппарата.

Хотя дождь, даже сильный, не помеха насекомым-истребителям, в тумане они летать не могут. Если комар поднимется в воздух, мелкая взвесь капелек тумана тут же осядет на теле и помешает поддерживать необходимое для полета положение. Так что иногда даже суперагентам приходится пережидать капризы природы в укрытиях.

СОРИЕНТИРОВАТЬСЯ В ТЕМНОТЕ: 

ПРИБОР НОЧНОГО ВИДЕНИЯ

Зрение для комаров не так важно, как обоняние, но тоже развито очень хорошо. Глаза занимают практически всю поверхность головы насекомого и состоят из отдельных фасеток, или омматидиев. Это узкие конусы, сходящиеся вершинами в глубине глаза и закрытые с противоположной стороны двумя линзами. Каждый конус изолирован от другого молекулами специального пигмента, так что омматидий воспринимает лишь небольшой участок пространства перед собой.

Антенны комаров служат главным образом для восприятия запахов и более развиты у самцов

Такое зрение хорошо работает только днем, когда в каждый омматидий попадает достаточно света. Но комары ведут преимущественно сумеречный и ночной образ жизни. Поэтому частицы пигментного вещества могут перемещаться, позволяя даже самым слабым лучам света проникать в глаз через разные фасетки. Накладываясь друг на друга, лучи усиливают чувствительность глаза в несколько раз, позволяя комарам ориентироваться в пространстве и находить своих жертв в темноте.

УЗНАТЬ ЛЮБИМУЮ: 

УЛОВИТЕЛИ И УСИЛИТЕЛИ ЗВУКА

При помощи арсенала высокотехнологичных «приборов» комары-самки легко находят жертв. А вот самцу обнаружить крошечную самку куда сложнее. Чтобы искать любовь в огромном мире, у комаров есть дополнительное снаряжение.

Самцы собираются в большие рои, куда самки прилетают для спаривания 

Самец узнает избранницу по «голосу», точнее по звуку биения крыльев. Ученые выяснили, что самка делает на 100–200 взмахов в секунду меньше, чем самец, кроме того, крылья каждого вида бьются со своей частотой. У комаровсамцов отличный слух, они слышат самку своего вида за 40 сантиметров. Сделать это помогают чувствительные щетинки в основании антенн — джонстонов орган. Антенны, как локаторы, направляют звуковые волны к джонстонову органу, щетинки ловят малейшие движения воздуха, и по характеру колебаний самец понимает, где самка.

НЕ УПУСТИТЬ МОМЕНТ: 

ДЕТЕКТОРЫ ЗАПАХА У СПЕРМАТОЗОИДОВ

Самки комаров часто спариваются один раз за жизнь, а потом хранят сперму в специальных органах — сперматеках. Несколько лет назад специалисты установили, что у мужских половых клеток комара есть обонятельные рецепторы — такие же, как в антеннах взрослых.

Ротовой аппарат комара — сложная структура из нескольких частей, идеально заточенная под высасывание крови 

Зачем сперматозоидам обоняние, ученые пока не знают, но, по одной из гипотез, оно помогает половым клеткам не пропустить оптимальный момент для оплодотворения. Яйцеклетки самки развиваются лишь после того, как она напьется крови. Возможно, именно после этого рецепторы сперматозоидов, возбужденные запахом жертвы, побуждают комариные мужские половые клетки начать движение.

***

Эволюция комаров идет больше 230 миллионов лет, и за это время они идеально приспособились к своему образу жизни. Люди со всеми их технологиями так и не смогли окончательно победить крылатых суперагентов. Остается надеяться, исследуя удивительные способности назойливых насекомых, ученые, возможно, почерпнут что-то полезное и для человека.

Фото: Legion-media, NaturePL (x3), SPL / Legion-media, NaturePL, SPL / Legion-media

Автор: Илья Гомыранов, энтомолог, натуралист, фотограф дикой природы