Тараканы создают пространственные карты запахов для поиска партнеров

Самцы тараканов способны определять пространственное распределение феромонов самок для поиска партнера. Это выяснили исследователи из Университета Хоккайдо и Констанцского университета. Тараканы ведут ночной образ жизни и в темноте в значительной степени полагаются на обоняние для поиска пищи и партнеров. Однако шлейфы, испускаемые источником запаха, не являются гладкими или непрерывными и не имеют четкого градиента концентрации. Они скорее состоят из нитей (скоплений молекул одоранта) различного размера (> мм) и концентрации, перемежающихся участками чистого воздуха.

Исследователи обнаружили, что самцы тараканов могут ощущать тонкую структуру запаховых шлейфов благодаря высокочувствительным рецепторам на антеннах и нейронным цепям, передающим пространственную информацию в мозг. С помощью микроэлектродов ученые записали электрическую активность феромон-чувствительных интернейронов у самцов американских тараканов, которые передают сигналы о половых феромонах самок из антеннальной доли в высшие центры.

Было идентифицировано двенадцать ключевых интернейронов для восприятия феромонов, каждый из которых настроен на получение сигналов только от определенной части антенны таракана. Один нейрон имеет большой размер и реагирует на стимулы по всей длине жгутика. Три имеют рецептивное поле среднего размера и получают сигналы от трети жгутика. Остальные восемь нейронов настроены более тонко и реагируют на стимулы только на ограниченной части антенны. Важно, что рецептивные поля соседних нейронов сильно перекрываются, что обеспечивает полное покрытие всего жгутика.

Исследователи также изучили, как сигналы феромонов передаются через обонятельную цепь в мозге. Как и в обонятельной системе млекопитающих, сенсорные нейроны, чувствительные к одному и тому же типу запахов, сходятся в сферической структуре, называемой гломерулой. Макрогломерула (MG) у таракана, получающая конвергентный аксональный вход от феромон-чувствительных нейронов, подразделяется на слои в соответствии с их пространственным происхождением на антенне. 12 ключевых нейронов точно используют эту слоистую карту — их дендриты (входные участки) занимают различные, но частично перекрывающиеся слои внутри макрогломерулы в соответствии с их рецептивными полями на антенне. Сигналы, обработанные этими нейронами, передаются в различные области грибовидного тела (участвующего в формировании пространственной памяти), что предполагает сохранение пространственной информации о феромонах от поверхности антенны до грибовидного тела.

Команда предполагает, что считывание комбинаторной активности мелких нейронов в грибовидном теле позволяет таракану оценивать размер и форму запаховых нитей. Поскольку размер и плотность нитей различаются в зависимости от расстояния до источника, такая информация может давать подсказки о его местоположении. Более того, тараканы могут создавать стереотипные образы запахового шлейфа в грибовидном теле посредством временной выборки запаховых сигналов, так как антенны тараканов двигаются произвольно.

«Пространственно настроенные рецептивные поля, выложенные на антенне, напоминают таковые в зрительной системе. Таким образом, картирование пространственного распределения запахов будет важной стратегией для успешной навигации с их помощью, потому что у тараканов, идущих в среде, богатой препятствиями, меньше возможностей контактировать с запаховыми нитями», — сказал доцент Хироши Нишино.