Связь температуры и размножения дает надежду на борьбу с насекомыми

Ученые обнаружили у плодовых мушек набор нейронов, которые отключаются при низких температурах и вызывающие медленное размножение, система, сохранившаяся у многих насекомых, включая комаров, тараканов и клопов, которая может стать мишенью для борьбы с вредителями.

Исследование, опубликованное 16 февраля в журнале Current Biology (https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9..), делает шаг к пониманию того, как мозг мухи способствует восприятию холода и ограничению размножения. Насекомые и животные, в том числе многие млекопитающие, сдерживают размножение зимой, чтобы защитить своих новорожденных от воздействия суровых зимних условий.

Исследование имеет последствия для общественного здравоохранения и сельского хозяйства, поскольку использование экологически зависимых механизмов, влияющих на размножение комаров и вредителей сельскохозяйственных культур, может предложить новые стратегии борьбы. Комары служат резервуаром для паразита Plasmodium falciparum, вызывающего малярию, который проводит зиму внутри себя.

«Если в мозгу комаров есть тормоз, который отключает их репродуктивные функции, и если мы сможем найти этот тормоз и искусственно активировать его, это может открыть способы контроля над популяциями комаров», — сказал Нилай Япичи, доцент кафедры нейробиологии и поведения Нэнси.

В ходе исследования, исследователи провели генетический скрининг и определили подмножество циркадных нейронов в мозгу мухи. Эти циркадные нейроны важны для восприятия и реагирования на такие сигналы окружающей среды, как свет и холод, а также для понимания времени суток в мозгу, но они недостаточно изучены. Исследователи решили выяснить, могут ли эти циркадные клетки участвовать во взаимодействии между репродукцией и сигналами окружающей среды, такими как свет и температура.

Они обнаружили, что, хотя свет может оказывать некоторое влияние на размножение, поскольку короткий день соответствует зимнему сезону, низкие температуры преобладают над светом в контроле размножения. В экспериментах, в которых плодовые мушки подвергались воздействию длинных дней и низких температур, скорость яйцекладки все же замедлялась. Они также использовали электроды в мозгу мух, чтобы показать, что спинные нейроны были активны при теплых температурах и неактивны при низких температурах.

«Эти спинные нейроны чувствуют температуру и сообщают мозгу, что снаружи холодно, и замедляют скорость производства яиц», — сказал Япичи.

Как только нейроны были идентифицированы, ученые задались вопросом, могут ли в этих клетках экспрессироваться определенные гены. Их исследование показало, что нейропептид насекомого (сигнальный белок), называемый аллотостатином (AstC), специфически экспрессируется в этих циркадных нейронах. Эксперименты показали, что как инъекция AstC, так и сверхэкспрессия нейропептида из дорсальных нейронов стимулировали производство яиц. Кроме того, экспрессия гена AstC также регулировалась температурой, уровни AstC были низкими при низких температурах и повышались при теплых температурах. «Похоже, что активность дорсальных нейронов и экспрессия нейропептидов снижаются на холоде», — сказал Япичи.

Исследователи также обнаружили рецептор, с которым связывается нейропептид AstC, чтобы активировать производство яиц.

В будущей работе Япичи и его коллеги планируют создать мутантных комаров по пептиду AstC и его рецептору, чтобы лучше понять их роль в регуляции производства яиц у комаров. Если модификация рецептора AstC уменьшит размножение, он может стать мишенью для химического вмешательства, которое может подавить популяции комаров и сельскохозяйственных вредителей.

«Понимание того, как животные справляются со стрессорами окружающей среды, очень важно в эпоху изменения климата», — сказал Япичи, отметив, что аналогичные гены и нейроны также обнаружены у позвоночных, включая млекопитающих. «Мы очарованы тем, как наш мозг может ощущать изменения в окружающей среде и соответствующим образом регулировать наши физиологические функции».