ความลึกลับของการรับรู้กลิ่นของแมงมุมอาจได้รับการแก้ไขในที่สุดในการศึกษาใหม่

แมงมุมอาศัยอยู่เคียงข้างมนุษย์มาโดยตลอด ดังนั้นจึงน่าแปลกใจที่เรายังไม่รู้เกี่ยวกับพวกมันมากนัก ความลึกลับที่มีมายาวนานประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับการที่แมงมุมตรวจจับกลิ่นได้อย่างไร ขณะนี้การวิจัยล่าสุดของเราได้เปิดเผยความลับในที่สุด

ในการศึกษาตีพิมพ์ในการดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติเราแสดงให้เห็นว่าแมงมุมตัวผู้ใช้ขนดมกลิ่นที่เรียกว่าความรู้สึกของรูพรุนตามผนังที่ขาเป็น "จมูก" เพื่อตรวจจับฟีโรโมนเพศที่ปล่อยออกมาจากแมงมุมตัวเมีย

การค้นพบของเรายุติการค้นหาความรู้สึกที่เข้าใจยากเหล่านี้มานานนับทศวรรษ ซึ่งขณะนี้ได้รับการระบุและจัดทำแผนที่แล้ว นอกจากนี้ยังเปิดโอกาสสำหรับการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับกลไกที่เป็นสาเหตุของการดมกลิ่นของแมงมุม

แม้ว่าแมงมุมซึ่งมีวิวัฒนาการมาประมาณ 400 ล้านปีจะมีชื่อเสียงก็ตามสำหรับความรู้สึกสั่นสะเทือนและบางชนิดก็เหมือนกับแมงมุมกระโดดเพื่อการมองเห็นที่ยอดเยี่ยมน่าประหลาดใจที่ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับประสาทสัมผัสกลิ่นของมัน

มีอยู่แล้วมีหลักฐานมากมายแสดงให้เห็นว่าแมงมุมสามารถตรวจจับกลิ่น เช่น ฟีโรโมนทางเพศได้ แต่คำถามสำคัญสองข้อยังคงไม่ได้รับคำตอบ

ประการแรก เนื่องจากแมงมุมไม่มีหนวดเหมือนแมลง อวัยวะรับกลิ่นหลักของพวกมันคืออะไร? ประการที่สอง การศึกษาก่อนหน้านี้ชี้ให้เห็นว่าแมงมุมไม่มีรูพรุนตามผนังโครงสร้างพิเศษที่แมลงอาศัยกลิ่น หากไม่มีสิ่งเหล่านี้ แมงมุมจะตรวจจับกลิ่นได้อย่างไร?

การศึกษาของเราได้ตอบคำถามที่มีมายาวนานเหล่านี้แล้ว เราค้นพบความรู้สึกที่มีรูพรุนตามผนังที่ถูกมองข้ามก่อนหน้านี้บนขาเดินของแมงมุมตัวต่อ (อาร์จิโอเป บรูนนิชี่) และแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้ตรวจฟีโรโมนทางเพศในอากาศที่มีความไวสูงได้

เราแสดงให้เห็นว่า Sensilla ที่มีรูพรุนตามผนังไม่ได้มีลักษณะเฉพาะในแมงมุมตัวต่อ แต่พบได้ทั่วไปตามต้นไม้แห่งชีวิตแมงมุม

ภายใต้กล้องจุลทรรศน์

เราตรวจสอบชายและหญิงเอ. บรุนนิชิแมงมุมด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดความละเอียดสูง เราค้นพบความรู้สึกที่มีรูพรุนตามผนังหลายพันจุดบนขาเดินของแมงมุมตัวผู้ และเผยให้เห็นลักษณะเฉพาะของความรู้สึกเหล่านี้ จริงๆ แล้ว พวกมันแตกต่างจากที่พบในแมลงและสัตว์ขาปล้องอื่นๆ

ความรู้สึกที่มีรูพรุนตามผนังอยู่ที่ส่วนบนของขาของตัวผู้ (ใกล้กับลำตัว) ซึ่งเป็นบริเวณที่แมงมุมเดิน จับเหยื่อ หรือผสมพันธุ์แทบจะไม่สัมผัสกับพื้นผิวเลย

เป็นการเสริมด้วยการกระจายของ "สมมุติการรับความรู้สึก" (ปลายและรูขุมขน) ที่พบในส่วนล่างของขา ซึ่งมักสัมผัสกับพื้นผิว

รูปแบบการกระจายนี้ชี้ให้เห็นถึงบทบาทของความรู้สึกที่ผนังและรูขุมขนในการตรวจจับกลิ่นในอากาศ (การดมกลิ่น) สิ่งที่น่าสนใจคือ sensilla ที่มีรูพรุนตามผนังพบได้เฉพาะในแมงมุมตัวผู้ที่โตเต็มวัยเท่านั้น ไม่ใช่ในตัวผู้หรือตัวเมียที่เป็นวัยรุ่น ซึ่งบ่งชี้อย่างชัดเจนถึงการทำงานของพวกมันในการค้นหาและจดจำคู่ครอง

หลักฐานของกิจกรรมของเส้นประสาท

เอ. บรุนนิชิเป็นหนึ่งในแมงมุมไม่กี่สายพันธุ์ที่มีโครงสร้างทางเคมีของฟีโรโมนเพศได้รับการระบุจริงๆ- แมงมุมตัวเมียปล่อยฟีโรโมนที่เป็นก๊าซซึ่งดึงดูดตัวผู้จากระยะไกล

เราตัดสินใจทดสอบว่า Sensilla ผนังรูขุมขนตอบสนองต่อสารประกอบฟีโรโมนหรือไม่ ในการทดลองเหล่านี้ เราได้ติดตั้งแมงมุมตัวผู้ที่มีชีวิตอย่างระมัดระวังไว้ใต้กล้องจุลทรรศน์ และเสียบอิเล็กโทรดบันทึกลงในฐานของเซนเซอร์ที่มีรูพรุนผนังเดี่ยว

จากนั้นเรานำ Sensillum แต่ละตัวไปสัมผัสกับพัฟที่มีสารประกอบฟีโรโมน เราพบว่าแม้แต่สารประกอบฟีโรโมนในปริมาณเล็กน้อย เพียง 20 นาโนกรัม ก็เพียงพอที่จะกระตุ้นการตอบสนองที่ชัดเจนเมื่อมีการกระตุ้นการทำงานของเซลล์ประสาทจากเซลล์ต่อมใต้รูพรุนตามผนัง และการตอบสนองก็แข็งแกร่งขึ้นเมื่อปริมาณรังสีเพิ่มขึ้น

เราสังเกตการตอบสนองของ Sensilla ผนังรูขุมขนต่อสารประกอบฟีโรโมนอย่างต่อเนื่อง โดยไม่คำนึงถึงคู่ขาที่ถูกทดสอบ

ผลลัพธ์ของเราแสดงให้เห็นว่าประสาทรับกลิ่นของแมงมุมมีความไวอย่างไม่น่าเชื่อ เทียบได้กับระบบการสื่อสารฟีโรโมนทางเพศที่ไวที่สุดในแมลง ความรู้สึกนับพันบนขาเดินทั้งหมดจะช่วยให้แมงมุมตัวผู้ตรวจจับได้แม้กระทั่งร่องรอยของฟีโรโมนทางเพศที่จางที่สุดในอากาศ

ชนิดอื่นๆ

เพื่อสำรวจการมีอยู่ของ Sensilla ที่มีรูพรุนตามผนังในวงกว้าง เราได้ตรวจสอบสายพันธุ์เพิ่มเติม 19 สายพันธุ์จาก 16 ตระกูลทั่วต้นแมงมุมแห่งชีวิต เราพบว่าความรู้สึกที่มีรูพรุนตามผนังเกิดขึ้นในสปีชีส์ส่วนใหญ่ และเกิดขึ้นเฉพาะกับตัวผู้ด้วย

อย่างไรก็ตาม ความรู้สึกขาดหายไปในกลุ่มแมงมุมที่แตกแขนงเป็นหลัก เช่นแมงมุมประตูกลฐานพบได้ในเอเชีย รูปแบบที่เราพบชี้ให้เห็นว่าความรู้สึกของรูขุมขนที่ผนังมีการพัฒนาอย่างอิสระหลายครั้งภายในแมงมุมและสูญหายไปในเชื้อสายบางส่วน

การศึกษาของเราปูทางไปสู่การค้นพบที่น่าตื่นเต้นในอนาคตเกี่ยวกับวิธีที่แมงมุมรับรู้โลกผ่านการดมกลิ่น คำถามที่น่าสนใจมากมายกำลังรอการสอบสวนเพิ่มเติม

แมงมุมตัวเมียมีกลิ่นอย่างไรหากไม่มีรูพรุนตามผนัง? นอกเหนือจากฟีโรโมนทางเพศแล้ว แมงมุมสามารถตรวจพบสารเคมีชนิดใดอีกบ้าง และสารเคมีเหล่านี้เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมและนิเวศวิทยาของพวกมันอย่างไร?

นอกจากนี้ อะไรคือพื้นฐานทางโมเลกุลและประสาทของการดมกลิ่นของแมงมุม? ในที่สุด ความรู้สึกของกลิ่นได้พัฒนาไปอย่างไรในแมงมุมหลากหลายสายพันธุ์?

คำถามเหล่านี้เป็นจุดเริ่มต้นของบทใหม่ที่น่าตื่นเต้นในความเข้าใจเกี่ยวกับชีววิทยาของแมงมุม

ตัน-แดน จาง, นักวิจัยชีววิทยาประสาทสัมผัส,มหาวิทยาลัยลุนด์

บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากการสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-