Ученые создали сенсоры для определения взрывчатки на основе саранчи — Naked Science
7 минут
Денис Гордеев

Ученые создали сенсоры для определения взрывчатки на основе саранчи

4.4

Нейроны обонятельной доли мозга американской саранчи по-разному реагируют на вещества и концентрации этих веществ. Это свойство может быть использовано с целью поиска взрывчатых веществ.

Саранча, модифицированная для поиска взрывчатки
Саранча, модифицированная для поиска взрывчатки / © Washington Post

У собак, которые ищут взрывчатку, может появиться новый конкурент. Группа ученых из Университета Вашингтона в Сент-Луисе использовала обонятельные способности американской саранчи Shistocerca americana для создания «живых анализаторов взрывчатки». Статья об этом выложена в базе препринтов BioRxiv.

Насекомые воспринимают запахи при помощи нейронов обонятельных рецепторов в усиках. Эти рецепторы передают сигнал в так называемую обонятельную долю мозга. У саранчи на каждом усике насчитывается не менее 50 тысяч подобных нейронов.

Американская саранча была выбрана для проведения экспериментов по ряду причин. Во-первых, обонятельная система этих существ хорошо изучена. Во-вторых, в нервной системе саранчи присутствуют так называемые безымпульсные нейроны, которые не генерируют потенциал действия, что облегчает регистрацию сигналов с проекционных нейронов, более чувствительных к обонятельным раздражителям. Кроме того, саранча хорошо переносит хирургические вмешательства, способна нести на себе полезные грузы и может быть обучена распознаванию запахов.

Чтобы оценить способность S. americana определять взрывчатку, ученые подвергали усики насекомых воздействию паров различных взрывоопасных веществ, таких как тринитротолуол (известный под коммерческим названием тротил) и его химический предшественник 2,4-динитротолуол. В качестве контроля использовались субстанции без взрывчатых свойств, например теплый воздух и бензальдегид (ароматическое вещество, основной компонент миндального масла).

Американская саранча с сенсором на спинке
Американская саранча с сенсором на спинке / © Baranidharan Raman

Чтобы проверить, как именно саранча реагирует на запахи, исследователи вживили в их обонятельные доли электроды для регистрации нейронной активности. Оказалось, при воздействии разных типов веществ у насекомых активировались различные группы нейронов.

«Активация нейронных ансамблей показывает уникальные мультивариантные химические «слепки», которые дают возможность различать пары взрывоопасных веществ от остальных, — пишут ученые в своей статье. — Целевое химическое распознавание занимает лишь несколько сотен миллисекунд».

Авторы исследования также разработали электрофизиологическую систему регистрации и передачи сигналов обонятельной доли. Она выглядит как крохотный рюкзак, который помещали саранче на спину. Эти сенсоры записывали и передавали активность обонятельных долей мозга насекомых на компьютеры по беспроводной связи.

Видео о необычной разработке / Youtube — Washington University in St. Louis

Саранча с вживленными электродами успешно распознавала ароматы паров взрывчатых субстанций на протяжении семи часов. После этого насекомые погибали от усталости. Чтобы нивелировать эффект истощения, исследователи обездвижили существ, закрепив их на подвижных платформах с дистанционным управлением. Оказалось, саранча не только может определять типы вещества, но и образом реагирует на различающиеся концентрации взрывчатых веществ в воздухе.

Ученые также протестировали схему обработки данных, в которой объединялась информация от нескольких насекомых. Такой метод позволит эффективно определять концентрацию целевых веществ в местах с разнонаправленными потоками воздуха, где содержание отдельных молекул может заметно колебаться в ограниченном объеме пространства. Выяснилось, что объединение данных, полученных от семи насекомых, повышало точность определения примерно на треть.

Исследователи полагают, что «поисковую саранчу» можно использовать для обеспечения внутренней безопасности. В дальнейших исследованиях ученые хотят определить, насколько хорошо биологическая сенсорная система на основе саранчи работает в тех случаях, когда в воздухе присутствуют пары нескольких веществ одновременно.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 12:51
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

Позавчера, 10:05
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

12 часов назад
4 минуты
Ольга Иванова

К такому выводу пришли ученые из Японии и США. Они выяснили, что грызуны и свиньи способны использовать кишечник для дыхания, подобно некоторым морским организмам. Такие наработки в условиях стационара, возможно, даже могли бы помочь людям, частично утратившим способность дышать легкими.

Позавчера, 12:51
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

Позавчера, 10:05
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

14 мая
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

24 апреля
9 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали обратную связь всех конечных точек смертности с содержанием омега-3-полиненасыщенных жирных кислот. Согласно их выводам, более высокие уровни некоторых основных ПНЖК в тканях и крови могут снижать вероятность смерти от всех причин в среднем на 13% и в итоге замедлять процесс старения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: