В статье, опубликованной онлайн 26 июля 2024 года в научном журнале Современная биология Доцент Флорис ван Брейгель (Floris van Breugel) из Университета Невады в Рено и постдокторский исследователь С. Дэвид Ступски (S. David Stupski) отвечают на этот вопрос, который до сих пор оставался без ответа. И этот ответ может стать ключом к общественной безопасности, в частности, к тому, как лучше обучать роботизированные системы отслеживанию утечек химических веществ.

"В настоящее время у нас нет роботизированных систем для отслеживания запахов или химических выбросов", - сказал ван Брейгель. "Мы не знаем, как эффективно найти источник химического вещества, переносимого ветром. Но насекомые удивительно хорошо отслеживают химические выбросы, и если бы мы действительно понимали, как они это делают, возможно, мы смогли бы обучить недорогих дронов использовать аналогичный процесс для поиска источников химикатов и их утечек".

Основная проблема в понимании того, как насекомые отслеживают химические следы - в основном, как муха находит банан на вашей кухне? -- заключается в том, что ветром и запахами невозможно управлять независимо друг от друга.

Чтобы решить эту проблему, Ван Брейгель и Ступски использовали новый подход, который позволяет дистанционно управлять нейронами - в частности, "обонятельными" нейронами - на усиках летающих плодовых мушек путем генетического введения светочувствительных белков, этот подход называется оптогенетикой. Эти эксперименты, ставшие частью проекта стоимостью 450 000 долларов, финансируемого Управлением научных исследований ВВС, позволили создать у мух идентичные виртуальные ощущения запаха при различных ветровых условиях.

Вот что хотели узнать ван Брейгель и Ступски: как мухи обнаруживают запах, когда нет ветра, который мог бы его донести? В конце концов, это, скорее всего, то же самое, что муха, ищущая банан на вашей кухне. Ответ на этот вопрос можно найти в статье, опубликованной в журнале Biology, "Ветер управляет поисковыми состояниями, управляемыми обонянием, в свободном полете". Печатная версия появится в номере от 9 сентября.

По словам ван Брейгеля, мухи используют сигналы окружающей среды для обнаружения воздушных потоков и направления ветра и реагируют на них, чтобы найти источники пищи. При наличии ветра эти сигналы запускают автоматическое поведение "бросок и всплеск", при котором муха устремляется навстречу ветру после столкновения с химическим шлейфом (указывающим на пищу), а затем отбрасывает его - перемещается из стороны в сторону, когда теряет запах. Поведение насекомых при бросках и всплесках давно изучено учеными, но, по словам ван Брейгеля, было принципиально неизвестно, как насекомые ищут запах в неподвижном воздухе.

В своей работе ван Брейгель и Ступски обнаружили еще одно автоматическое поведение - опускание и кружение, которое включает снижение высоты и повторяющиеся быстрые повороты в определенном направлении. Мухи выполняют это врожденное движение последовательно и многократно, даже в большей степени, чем бросок и всплеск.

По словам ван Брейгеля, самым захватывающим аспектом этого открытия является то, что оно показывает, что летающие мухи способны четко оценивать состояние ветра - его наличие и направление - прежде чем применять стратегию, которая хорошо работает в этих условиях. Тот факт, что они могут это делать, на самом деле довольно удивителен - можете ли вы определить, дует ли легкий ветерок, если высунете голову из окна движущегося автомобиля? Мухи не просто реагируют на запах каждый раз одним и тем же запрограммированным образом, как простой робот, они реагируют в зависимости от контекста. Эти знания потенциально могут быть использованы для обучения более сложных алгоритмов для беспилотных летательных аппаратов, обнаруживающих запахи, чтобы найти источник утечки химических веществ.

Итак, в следующий раз, когда вы попытаетесь прихлопнуть муху у себя дома, учтите тот факт, что мухи, возможно, на самом деле немного лучше осведомлены о некоторых природных явлениях, чем вы. И, возможно, просто откройте окно, чтобы выпустить ее.