Ученые создали сенсоры для определения взрывчатки на основе саранчи — Naked Science
19.02.2020
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, 11:44
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

Вчера, 12:05
Илья Ведмеденко

Короткий ролик показывает модель летательного аппарата неизвестного типа. Некоторые обозреватели полагают, что она имеет отношение к программе NGAD, направленной на разработку истребителя шестого поколения. Ранее стало известно о начале испытаний его демонстратора.

Вчера, 17:26
Мария Азарова

Оманские спелеологи, наконец, спустились на дно загадочного «Адского колодца» на востоке Йемена — бархута, которого избегают многие местные жители, так как уверены, что там живут джинны.

Позавчера, 11:44
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

Вчера, 12:05
Илья Ведмеденко

Короткий ролик показывает модель летательного аппарата неизвестного типа. Некоторые обозреватели полагают, что она имеет отношение к программе NGAD, направленной на разработку истребителя шестого поколения. Ранее стало известно о начале испытаний его демонстратора.

21 сентября
Василий Парфенов

Следует признать: амбициозные планы Илона Маска по освоению Марса столкнулись с суровой реальностью американской бюрократии раньше, чем предполагалось. Не успела его компания SpaceX начать тестирование системы из ускорителя Super Heavy и космического корабля Starship, как регуляторные органы высказали свое «фи». Первый орбитальный запуск исполинской ракеты никак не получит соответствующих разрешений, но наконец-то появилась надежда на положительный исход экологической оценки. Правда, космодром в Бока-Чика должен принять кое-какие расширенные меры по защите окружающей среды.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

Понятно
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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: