청각 장애가 있는 수컷 모기는 짝짓기를 하지 않습니다

모기는 훨씬 더 둔합니다. 짝짓기는 공중에서 몇 초 동안 일어납니다. 그리고 수컷을 유혹하는 데 필요한 것은 암컷의 날개짓 소리뿐이다. 연구자들이 한 번의 변화로 모기의 성욕이 완전히 사라졌을 때 얼마나 놀랐는지 상상해 보세요.

이제 UC 산타바바라의 한 연구에 따르면 이것이 전부라고 합니다. 크레이그 몬텔 교수 연구실의 연구원들은 귀머거리 모기를 만들어서 수컷이 짝짓기에 전혀 관심이 없다는 것을 발견했습니다. "며칠 동안 암컷과 함께 두어도 짝짓기를 하지 않을 겁니다." 몬텔이 말했습니다.

극적인 변화는 쉽게 만들어낼 수 있었습니다. "단일 유전자인 trpVa 가 없는 것이 모기의 짝짓기 행동에 이처럼 심오한 영향을 미쳤습니다." 공동 저자이자 분자, 세포 및 발달 생물학과의 박사후 연구원인 다나자이 타쿠르가 설명했습니다.

미국 국립과학원 회보 에 발표된 연구 결과는 이집트숲모기 등 바이러스에 감염되어 매년 수억 명의 사람을 감염시키는 모기 매개체의 개체수를 효과적으로 통제하여 질병 전염을 관리하는 방법에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

날뛰는 모기

"여름 저녁에는 물가나 가로등 아래에 모기 떼가 모이는 것을 종종 봅니다. 이런 모임은 본질적으로 대량의 짝짓기 행사입니다." UCSB의 전 포스트닥터이자 공동 저자인 Yijin Wang이 말했습니다. 모기는 놀라운 번식 능력을 가지고 있지만 과학자들은 여전히 ​​작동하는 분자 및 신경학적 메커니즘에 대한 이해가 제한적입니다.

이집트숲모기 의 구애는 보통 이렇게 진행됩니다. 암컷은 약 500Hz로 날개를 펄럭입니다. 수컷은 이 소리를 듣고 약 800Hz로 윙윙거리며 날아갑니다. 암컷이 주변에 있을 때 수컷도 이 주파수를 빠르게 변조합니다. 그런 다음 공중에서 짧은 만남이 있고, 애인은 각자의 길을 갑니다. 수컷은 항상 새로운 잠재적 파트너를 찾고 있지만, 성공적으로 짝짓기를 한 암컷은 일반적으로 다시는 그러지 않습니다.

Montell과 공동 수석 저자인 Yijin Wang, Thakur, Emma Duge는 청각이 이러한 행동에 역할을 한다고 의심하여 ​​곤충의 청각 뉴런을 조사했습니다. 이 뉴런은 Johnston 기관이라는 구조의 더듬이 바닥에 있습니다. 더듬이는 Montell의 연구실에서 최근 발견했듯이 후각, 기계 감각, 심지어 열 적외선 감각으로 가득 찬 훌륭한 다중 감각 기관입니다. 현재 연구에서 연구팀은 TRPVa라는 특정 감각 채널과 해당 유전자인 trpVa 에 초점을 맞추었습니다 . 이는 과일 파리의 청각에 필요한 채널의 모기 유사체입니다.

연구팀은 CRISPR-Cas9를 사용하여 Aedes aegypti 모기 의 TRPVa를 코딩하는 유전자를 녹아웃시켰습니다. 그 결과 동물들은 소리에 아무런 반응을 보이지 않았습니다. 사실, 그들은 소리가 존스턴 기관의 뉴런에서 전기적 활동을 유발하지 않는다는 것을 발견했습니다. 그 곤충들은 정말 귀머거리였습니다.

그리고 저자들이 청각 장애인 수컷을 암컷과 같은 방에 두었을 때…아무 일도 일어나지 않았습니다. "암컷의 날개짓 소리를 들을 수 없다면, 관심이 없습니다." 몬텔이 말했습니다. 반면에 청각 장애인은 바쁘게 움직이는 데 시간을 낭비하지 않았습니다. 몇 분 동안 여러 번 짝짓기를 했습니다.

로맨틱한 사운드트랙

청각은 수컷이 짝짓기를 하는 데 필요할 뿐만 아니라, 그들의 욕망을 불러일으키는 데 충분한 듯합니다. 저자들이 암컷 날개짓 소리를 정상적인 수컷에게 들려주었을 때, 수컷은 일반적으로 복부를 찌르는 것으로 반응했습니다. 그들은 행동할 준비가 되어 있었습니다. 청각 장애 수컷은 거의 움직이지 않았습니다.

하지만 암컷은 달랐습니다. 청각 장애가 있는 암컷은 여전히 ​​약간의 정욕을 가지고 있었습니다. "암컷에게 미치는 영향은 미미하지만, 수컷에게 미치는 영향은 절대적입니다." 몬텔은 말했습니다. 연구팀은 향후 연구에서 이러한 차이점을 연구할 계획입니다.

"저희의 주요 발견이 충격적인 이유는 대부분 유기체에서 짝짓기 행동이 여러 감각적 신호의 조합에 의존하기 때문이라고 생각합니다." 몬텔의 박사 과정 학생 중 한 명인 듀게가 말했습니다. "단일 감각을 없애면 짝짓기가 완전히 사라질 수 있다는 사실이 흥미롭습니다."

저자들은 짝짓기에서 소리가 차지하는 역할과 청력에 TRPVa가 차지하는 기능에 대한 연구 결과가 다른 모기 종에도 일반화될 수 있다고 믿습니다.

안을 들여다보다

모기의 생리학은 이 곤충에게 청각이 얼마나 중요한지 보여줍니다. 수컷 모기는 알려진 모든 곤충 중에서 청각 뉴런이 가장 많다고 몬텔은 설명했습니다. 암컷은 절반 정도입니다. 그래도 많은 양이지만, 수컷의 경우 청각이 훨씬 더 중요합니다.

trpVa 유전자 를 발현하는 뉴런을 식별하기 위해 저자는 모기 게놈에 녹색 형광 단백질을 코딩하는 유전자를 추가했습니다. 그들은 형광 단백질이 trpVa 프로모터의 제어 하에 간접적으로 발현되도록 했습니다. 프로모터는 일반적으로 효소가 결합하여 전사를 시작하는 유전자의 시작 부분에 위치한 DNA 서열로, 이 경우 녹색 형광 단백질의 생성을 촉발합니다. 이제 돌연변이 모기는 일반적으로 TRPVa를 생성하는 모든 곳에서 녹색 형광 단백질을 생성합니다. 따라서 동일한 모기가 실험에 대한 피험자를 제공했고 분석을 위해 TRPVa 발현의 밝은 녹색 지도를 제공했습니다.

놀랍지 않게도, 연구팀은 trpVa 가 존스턴 기관에서 발현된다는 것을 발견했습니다. 그리고 그들은 청각 신경 세포의 경로를 거기에서 뇌로 명확하게 따라갈 수 있었고, 수컷과 암컷 모기 사이의 경로에서 차이점을 볼 수 있었습니다.

모기 구애 납치

모기 Aedes aegypti 가 퍼뜨리는 병원균은 매년 약 4억 명을 감염시키고, 그 중 약 1억 명이 뎅기열, 지카, 황열병과 같은 질병에 걸립니다. 즉, 모기의 행동과 수명 주기를 이해하면 질병 예방에 대한 도구와 통찰력을 얻을 수 있습니다.

곤충 매개체를 통제하는 잠재적인 방법 중 하나는 불임 곤충 기술(SIT)로, 많은 수의 불임 수컷을 방출하여 암컷과 교미하는 방식으로 작동합니다. 모기와 같은 특정 곤충의 경우 성공적인 교미는 암컷이 다른 파트너를 찾는 것을 방지합니다. 그리고 암컷이 불임 수컷과 교미하더라도 실제로는 새끼를 낳지 않습니다. 이론적으로 이는 개체 수를 억제할 수 있습니다.

이 기술은 캘리포니아 지중해 파리와 같은 특정 농업 해충에 대해 놀라울 정도로 효과적입니다. "이 해충에 대해 들어보지 못했다는 사실은 SIT가 얼마나 성공적인지 보여주는 증거입니다. 30년 전에는 뉴스에 다 나왔거든요." 몬텔이 말했습니다.

하지만 이집트숲 모기에서 SIT의 성공은 불임 수컷의 경쟁력에 의해 제한됩니다. 수컷은 이 계략이 효과를 발휘하려면 먼저 암컷에게 다가가야 합니다. 현재 이 기술은 모기 개체군을 충분히 억제하지 못해 모기가 임계 한계치 아래로 떨어지고 개체군이 급락합니다. 모기 구애에서 청각이 중심적인 역할을 한다는 점을 감안할 때, trpVa는 SIT의 효과를 높이기 위한 표적이 될 수 있습니다. 몬텔의 연구실은 자연적인 대응자를 능가할 수 있는 불임 수컷을 만드는 여러 가지 방법을 연구하고 있습니다. 바라건대, 이 요령은 이 까다로운 연인들처럼 간단할 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241105113844.htm