Как пауки чуят запахи?

Пауки – вечные спутники человека, однако, несмотря на это, многие аспекты их жизни остаются для нас загадкой. Одной из давних тайн был механизм их обоняния, но недавнее исследование, наконец, пролило свет на этот вопрос. Оказывается, самцы пауков используют специализированные обонятельные волоски, известные как стенопорные сенсиллы, расположенные на их ногах, в качестве своеобразных “носов” для улавливания половых феромонов, выделяемых самками.

Это открытие положило конец десятилетним поискам этих ранее неуловимых сенсилл, которые теперь не только идентифицированы, но и детально картированы. Несмотря на то, что пауки, чей эволюционный путь насчитывает около четырёхсот миллионов лет, известны своим острым чувством вибрации и, в некоторых случаях, как у пауков-скакунов, превосходным зрением, их обонятельные способности оставались на удивление малоизученными. Хотя существовало множество свидетельств того, что пауки способны обнаруживать различные запахи, включая половые феромоны, два ключевых вопроса оставались неразрешенными.

Первый заключался в том, что, поскольку у пауков нет усиков, характерных для насекомых, какой орган они используют для обоняния? Второй вопрос основывался на данных прошлых исследований, которые указывали на отсутствие у пауков стено-пористых сенсилл – специализированных структур, которые насекомые применяют для восприятия запахов. Как же тогда пауки в принципе могут чувствовать запахи? Так, сейчас учёные обнаружили ранее не замечаемые стено-пористые сенсиллы на ходильных ногах самцов пауков-ос (Argiope bruennichi) и доказали, что именно с их помощью они способны улавливать половые феромоны в воздухе с поразительной точностью. Более того, они установили, что эти стено-пористые сенсиллы не являются уникальной особенностью пауков-ос, а распространены по всему древу паучьей эволюции.

Самцы и самки пауков A. bruennichi были подвергнуты детальному изучению с применением сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения. В результате было обнаружено около тысячи стенопористых сенсилл, равномерно распределенных по всем ходильным ногам самцов, и смогли точно охарактеризовать их строение. Оказалось, что их структура отличается от аналогичных образований у насекомых и других членистоногих. Эти сенсиллы располагаются в верхней части ног самцов, ближе к телу, в областях, которые практически не соприкасаются с поверхностью при ходьбе, охоте или спаривании.

Интересно, что на нижней поверхности ног, которые постоянно контактируют с окружающей средой, обнаружились предполагаемые “вкусовые сенсиллы” - концево-поровые сенсиллы. Такое пространственное распределение уже намекало на то, что стенопористые сенсиллы играют ключевую роль в обнаружении запахов из воздуха – обонянии. Примечательно, что эти сенсиллы были выявлены исключительно у половозрелых самцов и отсутствовали у молодых особей и самок, что явно указывает на их функцию в поиске и распознавании партнеров. A. bruennichi – один из немногих видов пауков, у которых удалось точно установить химическую структуру полового феромона. Самки этого вида выделяют газообразные феромоны, привлекающие самцов с большого расстояния.

Для проверки этой гипотезы о чувствительности стенопористых сенсилл к феромонам, мы провели ряд экспериментов. Учёные аккуратно фиксировали живых самцов пауков под микроскопом и вводили записывающий электрод в основание отдельных сенсилл. После этого они подвергли каждую сенсиллу воздействию феромонного вещества. Даже крошечного количества феромона, всего 20 нанограмм, оказалось достаточно для того, чтобы вызвать отчетливую реакцию в виде всплеска нейронной активности в стенопористых сенсиллах. Причем, чем выше была доза феромона, тем сильнее была реакция. Реакция стенопористых сенсилл на феромонное вещество стабильно наблюдалась независимо от того, на какой паре ног проводилось тестирование. Эти итоги свидетельствуют о невероятно высокой чувствительности обонятельных сенсилл пауков, которая сопоставима с наиболее чувствительными системами половой коммуникации у насекомых.

Тысячи сенсилл, расположенных по всем ходильным ногам, позволяют самцам пауков улавливать даже самые слабые следы феромонов в воздухе. Чтобы изучить более широкое распространение стенопористых сенсилл, мы исследовали 19 других видов пауков, представляющих 16 семейств паучьего древа жизни. Оказалось, что эти сенсиллы присутствуют у большинства изученных видов и также являются специфичной особенностью самцов. Тем не менее, сенсиллы отсутствуют у базальных групп пауков, таких как пауки-люки, распространенные в Азии. Этот факт указывает на то, что стенопористые сенсиллы развивались независимо множество раз в процессе эволюции пауков, и при этом были утрачены в некоторых эволюционных линиях.