ตั๊กแตนตำข้าว

การค้นพบนี้จัดทำโดยกลุ่มวิจัยนานาชาติซึ่งประกอบด้วยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา OBAYASHI Nasono, รองศาสตราจารย์ SAKURA Midori และรองศาสตราจารย์ SATO Takuya จาก Graduate School of Science ของมหาวิทยาลัยโกเบ, รองศาสตราจารย์ IWATANI Yasushi (คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, Hirosaki University), ศาสตราจารย์ TAMOTSU Satoshi (KYOUSEI Science Center for Life and Nature, Nara Women's University) และ Dr. CHIU Ming-Chung (National Changhua University of Education, Taiwan) ผลการวิจัยเหล่านี้ตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์Current Biologyเมื่อวันที่ 21 มิถุนายน 2564 ประเด็นหลัก พยาธิหนอนผมอาศัยอยู่ในร่างกายของแมลง (เช่น ตั๊กแตนตำข้าวและจิ้งหรีด) ซึ่งมักอาศัยอยู่ในป่าและทุ่งหญ้า เมื่อพยาธิขนโตเต็มวัย มันจะชักนำให้เจ้าบ้านเข้าสู่น้ำ (รวมทั้งสระน้ำและแม่น้ำ) ซึ่งเป็นที่ที่พยาธิขนขยายพันธุ์ ซึ่งจะทำให้วงจรชีวิตของมันสมบูรณ์ พยาธิขนทำให้โฮสต์ของมันลงไปในน้ำได้อย่างไรทำให้นักวิจัยประหลาดใจมากว่า 100 ปี การทดลองแบบสองทางเลือกที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการเผยให้เห็นว่าเชื้อ Mandids ที่ติดเชื้อโดยพยาธิหนอนผมนั้นถูกดึงดูดโดยแสงโพลาไรซ์ในแนวนอน (*1) ในปริมาณที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับบุคคลที่ไม่ติดเชื้อ ในการทดลองกลางแจ้ง ตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อจำนวนมากเข้าไปในสระน้ำลึกที่สะท้อนแสงในแนวนอนได้ดีกว่าสระน้ำตื้นที่สะท้อนแสงโพลาไรซ์อ่อนๆ มีความเป็นไปได้สูงที่พยาธิขนจะชักนำโฮสต์ให้ลงไปในน้ำโดยควบคุมการรับรู้ของโฮสต์เกี่ยวกับแสงโพลาไรซ์ในแนวนอน ประวัติการวิจัย โดยปกติ สัณฐานวิทยาและพฤติกรรมของสัตว์จะถูกควบคุมเพื่อประโยชน์ต่อการอยู่รอดและการสืบพันธุ์ของสัตว์แต่ละตัว อย่างไรก็ตาม ประมาณ 40% ของสิ่งมีชีวิตบนบกเป็นปรสิต และกล่าวกันว่าสัตว์ป่าทุกชนิดมีปรสิตอย่างน้อยหนึ่งชนิด กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงทางกายวิภาคและพฤติกรรมต่างๆ ที่พบในสัตว์ป่าอาจได้รับอิทธิพลอย่างมากจากปรสิต มีปรสิตหลายชนิดที่สามารถเปลี่ยนแปลงลักษณะทางสัณฐานวิทยาและพฤติกรรมของโฮสต์ (การจัดการโฮสต์) เพื่อประโยชน์ของตัวเอง (เช่น เพื่อเพิ่มสมรรถภาพของปรสิต) ปรสิตที่ควบคุมโฮสต์ของพวกมันเป็นตัวอย่างที่ดีของฟีโนไทป์ที่ขยายออกไป (*2) และทำให้นักชีววิทยาหลายคนหลงใหล ปรากฏการณ์ที่ทราบกันดีว่าปรสิตควบคุมพฤติกรรมของโฮสต์สามารถเห็นได้ในพยาธิผม พยาธิผมเป็นปรสิตไส้เดือนฝอยที่อาศัยอยู่ในแมลง เช่น ตั๊กแตนตำข้าว และจิ้งหรีดอูฐ (เรียกว่า 'โฮสต์') อย่างไรก็ตาม พยาธิขนจะขยายพันธุ์ในแม่น้ำและสระน้ำ ดังนั้นเพื่อที่จะย้ายตัวเองเข้าไปในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ พวกมันจึงจัดการกับโฮสต์เพื่อให้มันกระโดดลงไปในน้ำ การวิจัยก่อนหน้านี้ได้เสนอว่าความสว่างของแสงสะท้อน (ความเข้มของแสง) บนผิวน้ำจะดึงดูดโฮสต์ ทำให้มันตกลงไป อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากพื้นผิวของแม่น้ำและสระน้ำแล้ว ยังมีสภาพแวดล้อมและตัวอย่างแสงอื่นๆ อีกมากมายใน ธรรมชาติ รวมทั้งช่องเปิดของป่า ที่อยู่อาศัยที่มีทรายสีสดใส และทุ่งหญ้าที่สะท้อนแสงอาทิตย์หรือแสงจันทร์ หากเจ้าภาพถูกดึงดูดด้วยแสงเจิดจ้าในธรรมชาติทุกๆ ครั้ง จากนั้นการจัดการโฮสต์จะล้มเหลว ดังนั้นพฤติกรรมการลงไปในน้ำนี้จึงไม่สามารถอธิบายได้อย่างเพียงพอในแง่ของการดึงดูดแสงเพียงอย่างเดียว แสงโพลาไรซ์ (*3) เป็นแสงประเภทหนึ่งที่สนามไฟฟ้าของคลื่นแสงแกว่งไปในทิศทางเดียวเท่านั้น แสงที่สะท้อนจากผิวน้ำประกอบด้วยแสงโพลาไรซ์ในแนวนอนจำนวนมาก และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาพบว่าสัตว์ขาปล้องจำนวนมากใช้แสงโพลาไรซ์ในแนวนอนนี้เพื่อค้นหาหรือหลีกเลี่ยงน้ำ นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าโฮสต์ซึ่งควบคุมโดยหนอนขนนั้นถูกดึงดูดโดยแสงโพลาไรซ์ในแนวนอนและเข้าสู่น้ำ ระเบียบวิธีวิจัยและผลการวิจัย ในการตรวจสอบสมมติฐานนี้ นักวิจัยเริ่มต้นด้วยการทำการทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อดูว่าตั๊กแตนตำข้าว (ตั๊กแตนตำข้าวเอเชียสายพันธุ์Hierodula patelliferaต่อไปนี้จะเรียกว่าsp.) และตั๊กแตนตำข้าวที่ไม่ติดเชื้อในสปีชีส์เดียวกันจะถูกดึงดูดด้วยแสงโพลาไรซ์ในแนวนอน การทดลองดำเนินการโดยใช้ทรงกระบอกที่แบ่งออกเป็นสามส่วน โดยมีส่วนแสงโพลาไรซ์ที่ปลายด้านหนึ่ง และส่วนแสงที่ไม่มีโพลาไรซ์ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ตั๊กแตนตำข้าวถูกวางไว้ในส่วนตรงกลาง และตำแหน่งของมันถูกบันทึกหลังจากผ่านไป 10 นาที (กล่าวคือไม่ว่าจะย้ายเข้าไปในส่วนแสงโพลาไรซ์หรือไม่โพลาไรซ์ก็ตาม) ตลอดการทดสอบแบบสองตัวเลือกนี้ มีการใช้ความเข้มของแสงที่แตกต่างกันสี่แบบ (ซึ่งตรงกับช่วงพลบค่ำ: ~150 ลักซ์, สภาพอากาศที่มีเมฆมาก: 2,000 และ 6,000 ลักซ์ และสภาพอากาศที่มีแดดจัด: 15,000 ลักซ์) เพื่อตรวจสอบว่าความสว่างส่งผลต่อเปอร์เซ็นต์หรือไม่ ของบุคคลที่ถูกดึงดูดด้วยแสงโพลาไรซ์ ผลการวิจัยพบว่า ตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อเลือกแสงโพลาไรซ์ในสัดส่วนที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับบุคคลที่ไม่ติดเชื้อ ในบรรดาตัวเลือกแสงโพลาไรซ์ มีแนวโน้มสูงเป็นพิเศษสำหรับแสงโพลาไรซ์มากกว่า 2,000 ลักซ์ที่จะเลือก ในทางกลับกัน ตั๊กแตนตำข้าวมักไม่เลือกส่วนแสงโพลาไรซ์หากมุมของโพลาไรซ์เปลี่ยนเป็นแนวตั้ง โดยไม่คำนึงถึงความแรงของแสงและสถานะการติดเชื้อ จากผลลัพธ์เหล่านี้ สามารถสรุปได้ว่าตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อจากปรสิตพยาธิขนจะดึงดูดแสงโพลาไรซ์ในแนวนอน จากนั้น กลุ่มวิจัยได้ทำการทดลองกลางแจ้งเพื่อตรวจสอบว่าตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อจะกระโดดลงไปในสระน้ำที่สะท้อนแสงโพลาไรซ์ในแนวนอนหรือไม่ การทดลองดำเนินการในพื้นที่เพาะปลูกของศูนย์การศึกษาและวิจัยทรัพยากรอาหาร บัณฑิตวิทยาลัยวิทยาศาสตร์การเกษตร มหาวิทยาลัยโกเบ โครงตาข่ายถูกสร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยสระสองสระ: สระ A ซึ่งสะท้อนแสงโพลาไรซ์ในแนวนอนอย่างมากแต่มีแสงสลัว (ความเข้มของแสงน้อย) และสระ B ที่ซึ่งการสะท้อนของพื้นผิวสว่างกว่า (ความเข้มของแสงมาก) แต่มีโพลาไรซ์อ่อน นักวิจัยได้ปล่อยตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อไปยังต้นไม้ที่อยู่ระหว่างสระน้ำทั้งสองสระ และสังเกตการที่แมลงลงไปในน้ำผ่านภาพวิดีโอที่บันทึกโดยกล้องที่อยู่กับที่ ในบรรดาตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อ 16 ตัวที่แสดงพฤติกรรมนี้ มี 14 ตัวที่เข้าไปในสระ A ซึ่งสะท้อนแสงโพลาไรซ์ในแนวนอนอย่างมาก ดังนั้นจากผลการทดลองทั้งในห้องทดลองและกลางแจ้ง จึงสรุปได้ว่าตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อถูกชักนำโดยแสงโพลาไรซ์ในแนวนอนให้กระโดดลงไปในน้ำ การค้นพบที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่งจากการศึกษาครั้งนี้คือ ตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อจำนวนมากลงไปในน้ำในเวลาประมาณเที่ยงวัน ในการทดลองในห้องปฏิบัติการวัดระยะการเดินของตั๊กแตนตำข้าวและพบว่าตั๊กแตนตำข้าวที่ติดเชื้อเดินมากขึ้นในช่วงเที่ยง สิ่งนี้นำเสนอความเป็นไปได้ใหม่ที่จังหวะการเต้นของหัวใจของโฮสต์หรือปรสิตอาจมีส่วนร่วมในการเพิ่มทั้งแรงดึงดูดของโฮสต์ต่อแสงโพลาไรซ์ในแนวนอนและระดับกิจกรรมของโฮสต์ ซึ่งท้ายที่สุดจะชักนำพฤติกรรมการป้อนน้ำในช่วงเวลาหนึ่งๆ ของวัน ความสำคัญของการวิจัยและการพัฒนาต่อไป ในธรรมชาติ สัตว์ต่างๆ ได้พัฒนาความสามารถที่หลากหลายเพื่อรับรู้ความเข้ม สี เงา และโพลาไรซ์ของแสง ผลการวิจัยเหล่านี้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในโลกว่าปรสิตสามารถจัดการกับความสามารถเหล่านี้อย่างชำนาญเพื่อทำให้สัตว์ที่เป็นโฮสต์แสดงพฤติกรรมที่เป็นประโยชน์ต่อปรสิต กลุ่มวิจัยนี้เพิ่งเริ่มศึกษาว่าตั๊กแตนตำข้าวที่ไม่ติดเชื้อมีกลไกอย่างไรในการรับรู้แสงโพลาไรซ์ในแนวนอน พวกเขายังพยายามหาวิธีที่หนอนผมจัดการกับกลไกนี้ การส่องสว่างในแง่มุมเหล่านี้จะไม่เพียงช่วยให้เราเข้าใจการจัดการพฤติกรรมของปรสิตเท่านั้น แต่ยังสามารถนำไปสู่การพัฒนาวิธีการใหม่ในการควบคุมพฤติกรรมของสัตว์