Электроантеннография,электроантеннограмма (ЭАГ , EAG)

Привет, Вы узнаете о том , что такое электроантеннография, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое электроантеннография, эаг, eag, электроантеннограмма , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Сравнительная психология и Зоопсихология.

электроантеннография , электроантеннограмма (или английский термин "Electroantennography", сокращенно EAG) - это метод измерения электрических потенциалов, возникающих в антеннах (униках) насекомых или чувствительных щупиках животных в ответ на воздействие химических веществ, таких как феромоны или другие химические соединения, распространяющиеся в воздухе или на поверхности. Электроантеннография ( англ. electroantengraphy ) — электроольфактографические исследования потенциалов действия в антеннах (antennae, лат . антенны , усики, стяжки ) насекомых , проводимые напр. для объяснения механизма восприятия запахов или в рамках исследований, имеющих практическое значение, например, при приготовлении ловушек с феромонами ) или при построении систем биомониторинга .

Электроантеннография ( эаг ) — это метод регистрации электрических потенциалов от антенн насекомых. Эти потенциалы предоставляют информацию об обонятельном восприятии насекомых. Метод ЭАГ регистрирует «медленные» изменения потенциала, вызванные наложением одновременных деполяризаций мембран многочисленных рецепторных клеток. ЭАГ-сигнал антенны насекомого, реагирующей на короткую (<0,5 с) запаховую стимуляцию, обычно сохраняется в течение нескольких секунд.

У многих насекомых антенны играют важную роль в ощущении окружающей среды, особенно когда речь идет о коммуникации с другими особями своего вида. Феромоны, которые обычно используются для общения между особями одного вида, могут вызывать у антенн насекомых электрические сигналы, которые воспринимаются нервной системой и интерпретируются как информация о различных аспектах окружающей среды, таких как партнерство, опасность или доступность пищи.

Электрофизиология — это изучение электрических свойств биологического материала, такого как все типы нервных клеток, включая периферические сенсорные рецепторы насекомых. Усики насекомых несут большое количество сенсилл и являются основным местом обоняния у большинства насекомых. Электрические записи могут быть сделаны либо с отдельных сенсилл на антенне (записи одной ячейки), либо со всей антенны (электроантеннограмма) (как объяснил Румбо, 1989)

Основы обонятельной физиологии насекомых

Антенны насекомых являются частью их обонятельной системы — нейронов , получающих информацию о химическом составе воздуха ( химические раздражители ) . Клеточная мембрана нейронов содержит специализированные белки , в том числе рецепторы молекул запаха и ионные каналы . Потенциально-управляемые ионные каналы отвечают за формирование и передачу нервного импульса , т.е. сигнала об образовании рецепторно- пахучего комплекса .

Движение зоны деполяризации мембраны

Через открытые каналы диффундируют - в соответствии с градиентом концентрации - например, ионы Na ⁺ , K⁺ , Cl ^- и Са ²⁺ . Это вызывает изменения электрического мембранного потенциала . Когда пороговый потенциал достигнут,генерируется потенциал действия (спайк), который направляется в надгортанный ганглий (мозг) и позволяет распознавать стимул и соответствующую реакцию (см. рефлекс )

Части органа обоняния в теле насекомого :
1 — усики , 5 — надгортанный узел (мозг)

Механизм измерения

Электроантеннография обычно выполняется либо путем снятия антенны с животного и вставки двух хлоридированных серебряных проводов для контакта на двух концах и усиления напряжения между ними, при этом применяя пахучую струйку, чтобы увидеть отклонение, как на рисунке, либо путем оставления животного нетронутым и введения заземляющего провода (серебро/хлорид серебра) или стеклянного электрода, наполненного буферным раствором, к какой-либо части тела, обычно вставляемой в глаз, а другой - к кончику антенны . Стеклянный электрод с большим отверстием также можно поместить непосредственно над кончиком антенны, например, при записи антенны Drosophila melanogaster (дрозофилы). Последний метод полезен, если во время построения антеннограммы проводится эксперимент на животном в целом.

Этот метод широко применяется при скрининге феромонов насекомых путем изучения реакции на фракции смеси соединений, разделенные с помощью хроматографии . Обычно провод, вставленный в антенну, представляет собой тонкий серебряный провод, хлорированный в отбеливателе. Это старая практика. Обычно химически заостренные вольфрамовые проволоки вставляются в один нейрон антенны. Дальнейшее детальное изучение реакции на запах на обонятельном сенсорном уровне может быть проведено путем записи сенсилл .

Настройка для антеннограммы

Потенциалы измеряются во внеклеточной гемолимфе внутри антенны (усика). Для этого один электрод должен быть подключен к дистальному концу антенны. Второй электрод подключается к другому концу антенны или голове насекомого. Потенциалы усиливаются высокоимпедансным усилителем (обычно в 100 раз).

В связи с газохроматографическим разделением антенну насекомых можно использовать в качестве «электроантеннографического детектора» (ЭАД).
Многомерный EAG, новый метод использования селективности антенн насекомых для анализа сложных смесей одорантов, основан на присутствии различных популяций группоспецифичных молекул обонятельных рецепторов внутри одной антенны. Различные качества запахов представлены ортогональными векторами, а их смеси - суммами векторов в многомерном «пространстве запахов». Разработка и проверка этого метода осуществляется с использованием усиков широко известного и легкодоступного колорадского жука и специальной биосенсорной системы. Возможности и ограничения многомерного подхода EAG к квалификации и количественной оценке запаха исследуются путем анализа смесей искусственных одорантов и образцов естественных запахов.

Метод электроантеннограммы (ЭАГ) измеряет общий ответ рецепторных клеток антенны насекомых на определенные раздражители. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Записи могут производиться с помощью антенны, как вырезанной, так и прикрепленной к изолированной голове или ко всему насекомому. В проиллюстрированном примере оценивается действие того или иного биологически активного соединения (феромона), вдуваемого в изолированную антенну самца бабочки. Записывающий электрод, подключенный к вершине антенны, обнаруживает электрический отклик, который усиливается и визуализируется в виде следа, как в установке ЭАГ, показанной на верхнем рисунке. Антеннальные рецепторы очень чувствительны и специфически воспринимают определенные запахи, такие как половые феромоны потенциальных сородичей или летучие химические вещества, выделяемые хозяином насекомого. Различные соединения обычно вызывают разные ответы EAG от одной и той же антенны, как показано на двух кривых в правом нижнем углу. который усиливается и визуализируется в виде трассы, как в установке EAG, показанной на верхнем рисунке. Антеннальные рецепторы очень чувствительны и специфически воспринимают определенные запахи, такие как половые феромоны потенциальных сородичей или летучие химические вещества, выделяемые хозяином насекомого. Различные соединения обычно вызывают разные ответы EAG от одной и той же антенны, как показано на двух кривых в правом нижнем углу. который усиливается и визуализируется в виде трассы, как в установке EAG, показанной на верхнем рисунке. Антеннальные рецепторы очень чувствительны и специфически воспринимают определенные запахи, такие как половые феромоны потенциальных сородичей или летучие химические вещества, выделяемые хозяином насекомого. Различные соединения обычно вызывают разные ответы EAG от одной и той же антенны, как показано на двух кривых в правом нижнем углу.

История электроантенографии

Самые ранние измерения электрической активности одиночных нейронов ( John Zachary Young, 1937) касались аксонов гигантских кальмаров . В 1940-х годах они были предметом исследований, проведенных с целью объяснения механизма передачи импульсов в нервной системе . Кроме JZ Young, KS Cole и HJ Curtis ( J. Gen. Physiol. 1938; J. Cellul. Comp. Physiol. 1942), GJ Marmont ( J. Cellul. Comp. Physiol. (1949) и AL Hodgin , AF Huxley и BJ Katz ( Arch. Sci. Physiol.1949 и др.). Ходжкин, Хаксли и Кац поместили стеклянный стержень (диаметром 600 мкм), на который были спирально намотаны две серебряные проволоки (диаметром 20 мкм), изолированные друг от друга и покрытые хлоридом серебра. Оба электрода соединялись с электродами в виде колец, размещенными вне аксона, — один из них через внешний источник напряжения, а другой — через амперметр. Измеряли интенсивность тока, протекающего радиально в нерве, после импульсов напряжения разной величины длительностью примерно 10 мкс. Была разработана модель клеточной мембраны , подвергающейся поляризации и деполяризации . В 1963 году Алан Ллойд Ходжкин и Эндрю Хаксли получили награды за это исследование.Нобелевская премия по физиологии и медицине (совместно с JCEccles , изучавшим нейроны кошек и лягушек) :

Одновременно с изучением нейронов крупных кальмаров велись междисциплинарные работы (на стыке биохимии , биофизики , нейрофизиологии ), направленные на объяснение механизма обоняния . Среди прочего, многочисленные попытки идентифицировать хеморецепторы , получающие стимулы (см. Линда Б. Бак , Ричард Аксель , кодирование запахов ), и измерения потенциалов, вызываемых одорантами (включая феромоны ) в рецепторных клетках насекомых с гребешковыми антеннами.

С середины ХХ века, например, публикуются результаты исследований обоняния тутового шелкопряда , чувствительного к запаху бомбикола . Исследования этих и многих других видов насекомых продолжаются и по сей день. Записи изменения потенциалов получили название электроантенограмм (ЭАГ). Они были зарегистрированы после отрезания антенн стеклянным электродом Ag-AgCl с электролитическим ключом . Параллельно регистрировались хроматограммы (ХХ) воздуха, обтекающего антенну (ХХ-ЭАГ запись) .

Принцип измерения потенциалов действия в антеннах насекомых
Реакция биосенсора зависит от типа одоранта и его концентрации в воздухе.

Дозирование — например, пипетка Пастера , содержащая бумагу с одорантом (например, каплю 1% раствора феромона в парафине или выход газа из газового хроматографа (последующие элюаты из колонки ГХ)

Способ анализа экспериментальных данных, полученных методом GC-EAG, иллюстрируется на примере результатов исследований активности нейронов в антеннах самок Bombyx mori, проведенных J. Ziesmann с соавторами в 2000 г. . Выводы, полученные в результате сравнения одновременно записанных хроматограмм и электроантенограмм (см. публикацию, рис. 3 ), сведены ниже в табличной форме,

Примеры применения электроантенографии

Электроантеннография используется в научных исследованиях для изучения реакции антенн насекомых на различные химические стимулы. Она может помочь ученым понять, как насекомые обнаруживают и интерпретируют запахи и феромоны, а также какие молекулы могут служить ключевыми сигналами в их поведении и коммуникации.

Электроантеннография позволяет более глубоко изучать взаимодействие между насекомыми и их окружающей средой, что может иметь важное значение для различных областей, таких как сельское хозяйство (в контексте борьбы с вредителями) и экология (для понимания поведения и взаимодействия насекомых в природных экосистемах).

Средняя чувствительность усиков к определенному запаху может быть вычислена с помощью электроантеннограммы.

Этот метод широко использовался в исследованиях идентификации феромонов в качестве быстрого метода биотестирования соединений на активность. Например, реакцию усиков самца бабочки на естественный половой феромон, полученный от самки бабочки-конспецифика, сравнивают с реакцией на компоненты или смеси синтетических феромонов. Чистый воздух непрерывно обдувается антенной с постоянной скоростью, и тестируемые образцы вводятся в воздушный поток, и наблюдается отклик ЭАГ. Те же образцы можно пропустить через газовый хроматограф (ГХ) (который можно соединить с масс-спектрометром для определения молекулярной структуры тестируемых соединений). Таким образом, биологический отклик антенны может быть напрямую связан с химическим разделением (видимым в виде пиков на кривой ГХ).

Помимо видов чешуекрылых, данные EAG были собраны для тараканов, жуков, мух, пчел и других насекомых, чтобы измерить реакцию антенн на ряд летучих химических веществ, влияющих на привлечение хозяина, спаривание, откладывание яиц и другое поведение. Информация EAG наиболее полезна, когда интерпретируется в сочетании с поведенческими исследованиями.

Экологическое исследование обоняния тлей

Картофельная тля ( Macrosiphum euphorbiae )

Электроантенографические исследования тлей (Aphidoidea) позволяют определить изменчивость сенсорной чувствительности в пределах вида , сменяющих друг друга форм развития или в зависимости от рациона. Летом встречаются в виде бескрылых или крылатых насекомых (в зависимости от степени густоты ); размножаются партеногенетически (образуются идентичные клоны ); Осенью появляются размножающиеся половым путем гибриды . Внутри вида также существуют различные пищевые привычки ( монофагия , олигофагия ) или полифагия.). Они считаются отличной моделью для изучения биологической изменчивости организмов в зависимости от среды ( фенотип ) или обусловленной генетическими факторами ( генотип ). Электроантенографические исследования этой изменчивости проводились в 1993–1996 гг. Дж. Х. Виссером и П. Г. М. Пироном. Они разработали стандартные процедуры измерения, т.е. способы изготовления антенн, виды стандартных одорантов , способы их дозирования при испытании, способы описания формы регистрируемых ЭВУ. При использовании (Е)-2-гексеналя (основного соединения, придающего аромат плодам томата ) в качестве эталона было обнаружено, среди прочего, что что крылатая форма Myzus persicae(EAG: 407 мкВ) более чувствительна к этому запаху, чем бескрылая летняя форма (EAG: 256 мкВ) .

Биологические часы плодовой мухи

Плодовая муха ( Drosophila melanogaster )

Электроантенография является одним из инструментов исследования т.н. биологические часы (см. хронобиологию , например, биологический ритм , фотопериодизм ) .

При изучении усиков плодовой мушки ( D. melanogaster ) было обнаружено (Кришнан и др., 2005), что в нейронах ее усиков имеется «молекулярный осциллятор» - ритмично меняется чувствительность насекомых к различным запахам, как в естественных условиях, так и в постоянной темноте. Таким образом, было показано, что ритм является эндогенным. С помощью методов генной инженерии было доказано, что часы работают совершенно независимо от мозга. Это подтвердили эксперименты с несколькими линиями трансгенных насекомых.. В эксперименте, который считался особенно зрелищным, у насекомых, лишенных функциональных часов в мозгу (так называемые латеральные нейроны, ЛУ), восстанавливались в рабочем состоянии только их усики. В записях ЭАГ таких насекомых обнаружены ритмические изменения чувствительности к раздражителям, что свидетельствует о ее полной независимости от головного мозга. Также впервые было показано, что антенные часы напрямую — без участия центральной нервной системы — реагируют на свет .

Биосенсоры для лесного хозяйства и сельского хозяйства

Подберезовики - жуки из семейства Cidae .

В Техническом университете Кайзерслаутерна рабочая группа AG Pheromone под руководством Уве Т. Коха разрабатывает экологически безопасные методы защиты сельскохозяйственных культур от вредителей. Применяются приемы, предполагающие использование природных феромонов или веществ, имитирующих их воздействие на насекомых, которые уничтожают посевы - нарушают брачное поведение. Также разрабатываются и внедряются новые методы контроля состояния посевов с использованием антенн насекомых, используемых в качестве датчиков измерительных приборов ^[16] .

Антенны насекомых также рассматривались как многообещающие биосенсоры для обнаружения грибков гниения древесины . Исследования проводились в Геттингенском университете (Институт лесной зоологии и охраны лесов). На основании хроматографических анализов установлено, что степень опасности для древесины можно контролировать, определяя концентрации 1-октен-3-ола, 3-октанона и 3-октенола (маркеры грибного запаха ) . С помощью метода ГХ-МС -ЭАГ был выделен C. boleti как вид, усики которого чувствительны к запаху маркеров и который можно использовать в устройствах для мониторинга лесных угроз (конструкция Уве Т. Коха)

Иследование воздействия запахов на вредителей

Ученые из Пенсильванского государственного университета ищут способы защиты сельскохозяйственных культур от травоядных насекомых, которые наносят им серьезный ущерб, используя метод "запаха страха". В исследовании ученые использовали методы газовой хроматографии-масс-спектрометрии для выявления и извлечения летучих запахов, которые выделяют божьи коровки. Затем они применили электроантеннографию (EAG), подключив щупальца живой тли к специальному аппарату, чтобы изучить реакцию тли на каждый из отдельных химических компонентов, которые выделяют божьи коровки. Они обнаружили, что некоторые вредители, такие как тли, реагируют на химические вещества, которые выделяют божьи коровки - их естественные хищники. Исследователи разработали специальный ароматный коктейль, основанный на этих химических соединениях, чтобы отпугивать вредителей от полей и садов, не используя токсичных пестицидов. Этот метод может стать более безопасной и эффективной альтернативой для сельскохозяйственников, сокращая ущерб от вредителей и снижая негативное воздействие на окружающую среду.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• Кодировка аромата
• Семиохимические вещества
• Биологическая борьба с вредителями
• Электрорентгенография (ксерорадиография)

Исследование, описанное в статье про электроантеннография, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое электроантеннография, эаг, eag, электроантеннограмма и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Сравнительная психология и Зоопсихология