Американская саранча с вживленными в мозг электродами и устройством усиления сигнала и записи данных
Baranidharan Raman / Washington University in St. Louis
Американские исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе разработали метод, позволяющий превратить саранчу в киборгов-саперов. Исследования проводятся по заказу Научно-исследовательского управления ВМС США. Препринт работы ученых опубликован на bioRxiv, а краткое ее изложение приводит New Scientist.
Сегодня для обнаружения взрывчатых веществ используются различные методы, включая химический анализ веществ, содержащихся в воздухе и поиск мин с помощью африканских хомяковых крыс. Кроме того, ведется разработка системы обнаружения взрывчатых веществ, в которой используются модифицированные бактерии.
Исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе обнаружили, что в зависимости от химического вещества, попавшего на рецепторы в усиках саранчи, в обонятельных долях грибовидных тел в мозге насекомых возбуждаются разные нейроны. И по возбуждению нейронов и можно определять, уловили ли рецепторы насекомого молекулы взрывчатого вещества.
Для эксперимента исследователи использовали шистоцерку американскую (Schistocerca americana), также известную как американская саранча. В обонятельные отделы мозга насекомых исследователи вживили электроды, с помощью которых получали данные о нейронной активности, возникающей в ответ на запахи.
На спинках насекомых ученые закрепили миниатюрное устройство с усилителем сигнала от электродов. Это устройство записывало данные об электрической активности нейронов в обонятельных отделах мозга американской саранчи.
Затем усики насекомых подвергали воздействию различных веществ, включая пары тринитротолуола и его прекурсора 2,4-динитротолуола, а также бензальдегида. Кроме того, на усики воздействовали и горячим воздухом. Благодаря этому ученые определили, какие именно нейроны обонятельной доли мозга саранчи реагируют на каждое из веществ.
Точность обнаружения молекул конкретного взрывчатого вещества в воздухе с помощью одного насекомого составила в среднем 60 процентов. При анализе сигналов, поступающих от семи особей, точность обнаружения составила уже около 80 процентов.
Новый метод пока находится на ранней стадии разработки и имеет несколько недостатков. В частности, после имплантации электродов саранча теряет способность двигаться. По этой причине насекомых во время эксперимента перемещали по помещению, где распылялось то или иное вещество, на тележке.
Кроме того, в среднем в течение семи часов после имплантации электродов мозг саранчи погибал. Тем не менее, вплоть до момента обонятельные нейроны устойчиво реагировали на сигналы рецепторов. Наконец, пока неизвестно, насколько надежен разработанный американскими учеными метод. Во время экспериментов насекомых не подвергали воздействию паров одновременно нескольких веществ.
В 2005 году ученые из Университета Джорджии предложили использовать для поиска взрывчатых веществ ос и пчел. Исследователи создали специальный прибор, в котором содержались пять насекомых, «обученных» искать особый грибок, поражающий арахис. Если осы чувствовали запах такого грибка, прибор подавал световой сигнал. Реакция ос на запах отслеживалась при помощи миниатюрной камеры внутри прибора.
Позднее ученые из Лос-Аламосской лаборатории проводили опыты по дрессировке пчел, чтобы впоследствии использовать обученных насекомых для обнаружения взрывчатых веществ. Дрессировка насекомых занимала мало времени. На время обучения пчел помещали в контейнер, в котором находилось небольшое количество взрывчатого вещества.
В контейнере пчелам небольшими порциями давали раствор сахара. Через короткое время, обычно не более 10 минут, у насекомых вырабатывался рефлекс — при обонянии определенного запаха пчелы начинали активнее шевелить усиками, ожидая поощрительного угощения. Проект с дрессировкой пчел и ос в настоящее время закрыт.