19.02.2020
Денис Гордеев
11 458

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, 13:04
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

Вчера, 16:05
Александр Березин

Океаны на нашей планете не могли возникнуть сразу после ее появления: здесь было слишком жарко. Однако попытки объяснить их «кометным завозом» не удались, изотопный состав нашей воды не такой, как в кометах. До самых недавних пор оставалось неясным, откуда же тогда она появилась, сделав возможной земную жизнь?

Вчера, 11:30
Алиса Гаджиева

Новое исследование не только определило годы жизни неолитической представительницы нашего вида, но и показало, как она выглядела.

Позавчера, 13:04
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

21 января
Илья Ведмеденко

Заслуженные штурмовики A-10 и Су-25, которым дали прозвища «Бородавочник » и «Грач» соответственно, много десятилетий стоят на службе в Соединенных Штатах и России. Страны избрали разные подходы к модернизации этих самолетов, и сегодня Naked Science постарается понять, какой из них больше соответствует требованиям XXI века.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

21 января
Илья Ведмеденко

В конце 2021 года российским ВКС передали два новых Су-57. О поставке первого серийного истребителя пятого поколения сообщили в 2020-м.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: