Тараканы ведут ночной образ жизни и сильно полагаются на обоняние, чтобы найти пищу и спариться в темноте. Однако шлейфы, исходящие от источника запаха, не являются гладкими или непрерывными и не имеют четкого градиента концентрации. Они скорее состоят из нитей (скоплений молекул запаха) различного размера (> мм) и концентрации, чередующихся с областями чистого воздуха.
Исследователи из Университета Хоккайдо и их коллеги обнаружили, что тараканы-самцы могут «видеть» тонкие структуры шлейфов запаха благодаря тонко настроенным датчикам запаха на антеннах и нейронным цепям, которые передают пространственную информацию в мозг.Используя микроэлектроды, исследователи зарегистрировали электрическую активность чувствительных к феромонам интернейронов у самцов американских тараканов, которые передают сигналы вырабатываемых самками половых феромонов в антеннальной доле (функциональный гомолог обонятельной луковицы млекопитающих) центрам более высокого порядка.Команда определила двенадцать ключевых интернейронов для восприятия феромонов, каждый из которых был настроен на получение сигналов только от определенной части антенны таракана. Один нейрон имеет большие размеры и реагирует на раздражители по всей длине жгутика.
Три имеют рецептивное поле среднего размера и получают сигналы от одной трети жгутика. Остальные восемь нейронов настроены более точно, реагируя на стимулы только на ограниченной части антенны.
Важно отметить, что существует большое перекрытие рецептивных полей соседних нейронов, что обеспечивает полное покрытие всего жгутика.Исследователи также исследовали, как сигналы феромона передаются через обонятельный контур в головном мозге. Как и в обонятельных системах млекопитающих, сенсорные нейроны, реагирующие на одни и те же запахи, сходятся в сферической структуре, называемой клубочком.
Макрогломерулус (MG) таракана, который получает конвергентный аксональный сигнал от феромон-чувствительных нейронов, подразделяется на слои в соответствии с их пространственным происхождением в антенне. 12 ключевых нейронов используют эту многослойную карту с точностью: их дендриты (входные участки) занимают отдельные, но частично перекрывающиеся слои в макроклубочках в соответствии с их рецептивными полями в антенне. Сигналы, обрабатываемые этими нейронами, переносятся в различные области грибовидного тела (участвующие в формировании пространственной памяти), что позволяет предположить, что пространственная информация о феромонах сохраняется от поверхности антенны до грибовидного тела.Ученые подозревают, что считывание комбинаторной активности маленьких нейронов грибовидного тела позволяет таракану оценивать размеры и форму волокон запаха.
Поскольку размер и плотность волокон различаются в зависимости от расстояния от источника, такая информация может дать ключ к пониманию того, где находится источник. Более того, тараканы могут создавать стереотипные изображения шлейфа запаха в теле гриба с помощью временной выборки сигналов запаха, когда антенны тараканов двигаются добровольно.«Пространственно настроенные рецептивные поля, расположенные на антенне, напоминают поля в зрительной системе.
Таким образом, картографирование пространственного распределения запахов будет важной стратегией для успешной навигации с использованием запахов, потому что тараканы, которые ходят в среде с множеством препятствий, реже подвергаются опасности. ", — сказал доцент Хироши Нишино из исследовательской группы.