پشه‌ها چگونه با استفاده از اشعه مادون قرمز به شکار انسان‌ها می‌پردازند؟

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری برنا؛ دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، سناتا باربارا کشف کرده‌اند که پشه‌های Aedes aegypti علاوه بر دیگر علائم، از اشعه مادون قرمز برای شناسایی میزبان‌ها استفاده می‌کنند. این کشف می‌تواند به بهبود روش‌های کنترل پشه‌ها کمک کند و به کاهش انتقال بیماری‌هایی مانند دنگی و مالاریا منجر شود.

در حالی که بسیاری از مردم نیش پشه‌ها را به‌عنوان مزاحمتی موقتی می‌بینند، در برخی از نقاط جهان این نیش‌ها می‌توانند پیامد‌های جدی و حتی کشنده‌ای داشته باشند. یکی از گونه‌های پشه، Aedes aegypti، ویروس‌هایی را که موجب بیش از ۱۰۰ میلیون مورد بیماری دنگی، زردی، زیکا و دیگر بیماری‌ها در هر سال می‌شود، منتقل می‌کند. گونه دیگری، Anopheles gambiae، انگل‌هایی را که باعث بیماری مالاریا می‌شوند، منتقل می‌کند. سازمان بهداشت جهانی برآورد می‌کند که مالاریا به تنهایی بیش از ۴۰۰ هزار مرگ در هر سال به همراه دارد. واقعاً، توانایی آنها در انتقال بیماری‌ها باعث شده است که پشه‌ها لقب خطرناک‌ترین حیوان را به خود اختصاص دهند.

در حالی که پشه‌های نر بی‌ضرر هستند، پشه‌های ماده برای توسعه تخم‌های خود به خون نیاز دارند. برای بیش از ۱۰۰ سال، دانشمندان تلاش کرده‌اند تا کشف کنند چگونه این موجودات میزبان‌های خود را پیدا می‌کنند. در طول این مدت، مشخص شده است که این حشرات به یک علامت خاص وابسته نیستند بلکه اطلاعات را از حس‌های مختلف در فواصل گوناگون ادغام می‌کنند.

پیشرفت در تحقیقات حسی پشه‌ها

تحقیقات جدیدی که توسط دانشگاه کالیفرنیا، سناتا باربارا هدایت شده، حس دیگری را که پشه‌ها برای یافتن میزبان‌های خود استفاده می‌کنند، فاش کرده است: شناسایی مادون قرمز. اشعه مادون قرمز از منبعی با دمایی مشابه با پوست انسان، رفتار جستجوی میزبان پشه‌ها را دو برابر کرده است زمانی که با CO۲ و بوی انسانی ترکیب شود. پشه‌ها به طور غالب به سمت این منبع مادون قرمز هدایت شدند. محققان همچنین مکان و نحوه عملکرد این حسگر مادون قرمز را از نظر مورفولوژیکی و بیوشیمیایی کشف کرده‌اند. نتایج این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.

نیکولاس دبووین، نویسنده همکار این مطالعه و محقق سابق دکترا و پسادکترا در آزمایشگاه پروفسور کریک مونتل در UCSB، گفت: «پشه‌ای که ما مطالعه کردیم، Aedes aegypti، در یافتن میزبان‌های انسانی به طور فوق‌العاده‌ای ماهر است.»

او افزود: این کار روشنایی جدیدی را درباره چگونگی دستیابی به این هدف می‌افکند.

وابستگی پشه‌ها به اشعه مادون قرمز

اینکه پشه‌ها مانند Aedes aegypti از چندین علامت برای شناسایی میزبان‌ها از فاصله دور استفاده می‌کنند، کاملاً شناخته شده است.

 آویناش چاندل، نویسنده همکار و پژوهشگر فعلی در گروه مونتل در UCSB گفت: این علامت‌ها شامل CO۲ از نفس‌های ما، بوها، بینایی، حرارت ناشی از پوست ما و رطوبت بدن ما هستند. با این حال، هر یک از این علامت‌ها محدودیت‌هایی دارند. حشرات بینایی ضعیفی دارند و باد‌های شدید یا حرکت سریع میزبان انسانی می‌تواند پیگیری حس‌های شیمیایی آنها را مختل کند؛ بنابراین نویسندگان این سوال را مطرح کردند که آیا ممکن است پشه‌ها بتوانند علامتی قابل اعتمادتر، مانند اشعه مادون قرمز، شناسایی کنند.

در حدود ۱۰ سانتی‌متر، این حشرات می‌توانند گرمای ناشی از پوست ما را شناسایی کنند؛ و هنگامی که بر روی پوست بنشینند، می‌توانند دمای پوست ما را مستقیماً حس کنند. این دو حس به دو نوع انتقال حرارت اشاره دارند: همرفت، حرارت منتقل شده توسط یک واسط مانند هوا، و هدایت، حرارت از طریق تماس مستقیم. اما انرژی ناشی از حرارت می‌تواند به فاصله‌های بیشتری برود زمانی که به امواج الکترومغناطیسی تبدیل شود، که معمولاً در محدوده مادون قرمز (IR) طیف قرار دارد. این اشعه مادون قرمز می‌تواند هر چیزی را که به آن برخورد کند، گرم کند. حیواناتی مانند افعی‌های پیت می‌توانند مادون قرمز حرارتی از طعمه‌های گرم را حس کنند و تیم تحقیقاتی کنجکاو بود که آیا پشه‌ها نیز می‌توانند همین کار را انجام دهند یا خیر.

درک مکانیسم‌های شناسایی مادون قرمز در پشه‌ها

پژوهشگران پشه‌های ماده را در یک قفس قرار دادند و فعالیت جستجوی میزبان آنها را در دو ناحیه اندازه‌گیری کردند. هر ناحیه به بو‌های انسانی و CO۲ با همان غلظتی که از نفس ما خارج می‌شود، معرض بود. اما تنها یک ناحیه نیز در معرض IR از منبعی با دمای پوست بود. موانع جداکننده بین منبع و اتاق مانع تبادل حرارت از طریق هدایت و همرفت شد. سپس تعداد پشه‌هایی که شروع به جستجو برای رگ می‌کردند، شمارش شد.

افزودن مادون قرمز حرارتی از منبعی با دمای ۳۴ درجه سانتی‌گراد (حدود دمای پوست) فعالیت جستجوی میزبان پشه‌ها را دو برابر کرد. این باعث شد که اشعه مادون قرمز به عنوان یک حس جدید شناخته شود که پشه‌ها برای شناسایی ما استفاده می‌کنند؛ و تیم تحقیقاتی کشف کرد که این حس تا حدود ۷۰ سانتی‌متر (۲.۵ فوت) مؤثر است.

دبووین گفت: آنچه که من را بیشتر تحت تأثیر قرار داد، قدرت فوق‌العاده نشانه مادون قرمز بود.

او افزود: وقتی تمام پارامتر‌ها را درست تنظیم کردیم، نتایج به وضوح غیرقابل انکار بود.

پشه‌ها نمی‌توانند اشعه مادون قرمز را به همان روشی که نور مرئی را شناسایی می‌کنند، تشخیص دهند. انرژی IR به اندازه کافی پایین است تا پروتئین‌های رودپسین که نور مرئی را در چشم‌های حیوانات شناسایی می‌کنند، فعال نکند. تابش الکترومغناطیسی با طول موج بیشتر از حدود ۷۰۰ نانومتر نمی‌تواند رودپسین را فعال کند و IR تولید شده از حرارت بدن حدود ۹۳۰۰ نانومتر است. در واقع، هیچ پروتئین شناخته شده‌ای نیست که توسط تابش با چنین طول موجی فعال شود. اما روش دیگری برای شناسایی IR وجود دارد.

حرارت منتشر شده توسط خورشید به IR تبدیل می‌شود که از طریق فضای خالی منتشر می‌شود. وقتی IR به زمین می‌رسد، به اتم‌های جو برخورد می‌کند و انرژی را منتقل کرده و سیاره را گرم می‌کند.

مونتل گفت: شما حرارت را به امواج الکترومغناطیسی تبدیل می‌کنید و این امواج دوباره به حرارت تبدیل می‌شوند.

او اشاره کرد که IR ناشی از خورشید دارای طول موج متفاوتی از IR تولید شده توسط حرارت بدن ما است، زیرا طول موج به دمای منبع بستگی دارد.

نویسندگان فکر کردند که ممکن است حرارت بدن ما که IR تولید می‌کند، به برخی از نورون‌های پشه برخورد کند و آنها را با گرم کردن فعال کند. این می‌تواند به پشه‌ها اجازه دهد تا تابش را به طور غیرمستقیم شناسایی کنند.

دانشمندان می‌دانند که نوک آنتن‌های پشه‌ها دارای نورون‌های حس‌کننده حرارت است؛ و تیم تحقیقاتی کشف کرد که حذف این نوک‌ها باعث از دست دادن توانایی پشه‌ها در شناسایی IR می‌شود. در واقع، یکی دیگر از آزمایشگاه‌ها پروتئین حساس به دما، TRPA۱، را در انتهای آنتن یافته است. تیم UCSB مشاهده کرد که حیوانات بدون ژن TRPA۱ عملکردی، نمی‌توانند IR را شناسایی کنند.

نوک هر آنتن دارای ساختار‌های گودکوبی است که به خوبی برای حس کردن تابش تطبیق یافته‌اند. گودکوب ساختار را از حرارت هدایت و همرفت محافظت می‌کند و به تابش مادون قرمز جهت‌دار اجازه می‌دهد وارد شده و ساختار را گرم کند. سپس پشه از TRPA۱ — که به طور اساسی حسگر دما است — برای شناسایی تابش مادون قرمز استفاده می‌کند.

انتهای پیام/