Электростатика клещей
Как с этим жить и что предпринять
Скорее всего большинство из тех, кому не повезло быть укушенным клещом даже не задумывается каким образом это паукообразное попало на тело человека. Возможно это и к лучшему, так как совсем недавно появилось научное исследование, которое не только сильно расширяет взгляд на факторы привлекающие клещей, но и в целом меняет наши представления о механизме прикрепления клеща к хозяину.
Введение в биологию клеща
Классическая акаридология считает, что клещи находят своих хозяев, реагируя на такие стимулы как изменение интенсивности падающего света/изменение затененности, инфракрасное излучение (температура), механические вибрации, запах хозяина, концентрация углекислого газа.
Наиболее значимым стимулом является изменение интенсивности света, что позволяет клещу на любой из стадий развития использовать наступление темноты для увеличения подвижности, ибо в таких условиях риск высыхания в природе снижен. Остальные стимулы могут варьироваться в зависимости от возраста особи.
Обычно жесткие клещи поджидают жертву в специальной «поисковой» позиции — зацепившись за травинку/лист третьей и четвертой парой ног первую пару они вытягивают вперед, готовясь к броску.
Высота, на которой сидят клещи как правило коррелирует с размером хозяина. Нимфы склонны к поискам хозяина (= мелких млекопитающих и птиц) вблизи поверхности земли, а взрослые особы забираются выше, на высоту до метра — чтобы зацепится за оленя, волка, собаку, человека. На первой паре ног расположен так называемый орган Галлера, являющийся основной сенсорной площадкой у клещей.
Здесь находятся датчики влажности, хеморецепторы, сенсиллы углекислого газа и температуры, а также тактильные нитевидные щетинки на голенях передних ног. Возможно некоторые из нитевидных щетинок используются и для электрочувствительности. Хотя стоит отметить, что у клещей имеется еще один сенсор, так называемая трихоботрия, которая у других паукообразных отвечает за чувствительность к электрическим полям.
Трихоботрия (trichobothrium) представляет собой тонкую механорецепторную торчащую щетинку, основание которой находится в центре особого кутикулярного образования (например, в центре круглого чашевидного углубления или камеры)
Электростатика клещей
Новые данные относительно роли электростатических взаимодействий в жизни клеща появились в работе опубликованной в журнале Current Biology. Исследователи из Бристольского университета предполагают, что клещей пассивно привлекают электростатические поля их хозяев, а изменения в локальном электрическом поле, вызванные индивидуальным электростатическим зарядом приближающихся человека и/или животных, могут представлять собой дополнительный сигнал, который инициирует у клеща “охотничий инстинкт”.
Статическое электричество или как еще иногда говорят “статическая электризация” — это процесс избыточного накопления электрических зарядов на материалах с низкой электропроводностью и большим поверхностным сопротивлением.
Статическое электричество появляется из-за нарушения равновесия внутри атома или молекулы. На внешних орбиталях образуется избыточное количество электронов либо их, наоборот, становится недостаточно. Наиболее распространенная причина нарушения этого равновесия — трение. Даже самая гладкая, зеркальная поверхность имеет микровыступы, неровности, шероховатости. Трение есть всегда и в любых средах: твердой, жидкой и газообразной.
Резкий перепад температур также может стать причиной электризации. Происходит изменение скорости движения и, соответственно, количества столкновений или колебаний атомов внутри кристаллической решетки или молекулы. Как следствие — спонтанное отделение электронов, которые могут скапливаться, тем самым создавая статический заряд.
В быту мы часто сталкиваемся с этим эффектом. Когда мы ходим по ковру, мы являемся носителями отрицательного заряда, а ворсинки у нас под ногами — положительного. Как только мы после такой прогулки возьмем в руки ключи, накопленное напряжение мгновенно разрядится и вы получите небольшой удар током. Особенно часто статическое электричество заметно в холодное время года. Зимой низкая влажность, а на человеке больше одежды. Сухость плюс много диэлектриков — плодотворная среда для электризации. На шерстяном свитере и синтетической кофте хорошо скапливаются заряды. Даже молния представляет собой формально огромную искру, которая проскакивает между разноименно заряженными грозовым облаком (зарядка за счет перемещения “трения” воздушных потоков об облака) и поверхностью земли.
Трибоэлектричество — явление возникновения электрических зарядов при трении. При этом электризуются оба тела; их заряды одинаковы по величине и противоположны по знаку.
Поэтому совершенно не удивительно, что большинство наземных животных естественным образом накапливают на себе электростатические заряды. Известно, что млекопитающие, птицы и рептилии могут нести на себе суммарные электростатические заряды, эквивалентные сотням и десяткам тысяч вольт. На картинке ниже показана математическая модель распределения статических зарядов на теле коровы (равномерный потенциал +750В). Видно, что точки наибольшей напряженности — это области вокруг носа, хвоста и конечностей.
И по ветеринарной статистике именно эти части тела чаще всего подвергаются нападению клещей. При этом растительность (трава и кусты) также несет на себе значительный электростатический заряд. Воздушные массы трибоэлектрический заряжают растительность. Математические модели напряженности электрического поля показывают, что на траве могут быть потенциалы до 300 тысяч вольт/м.
Несмотря на понимание сути физических явлений связанных со статическим электричеством на поверхности различных живых организмов, до сих пор вопрос взаимного влияния естественного электростатического электричества на эволюцию живых организмов изучен фрагментарно.
Бристольский эксперимент
Исследователи из Бристольского университета предположили, что использование электростатических взаимодействий является биофизическим механизмом, который помогает клещам (и не только им) вступать во взаимодействие со своими хозяевами и увеличивает «эффективный радиус действия» клеща. Напомню, что это паукообразное прыгать не способно, у него нет механизмов, которые бы позволили вступать в контакт с хозяевами за пределами досягаемости их тел. Поэтому исследователи взяли нимф собачьего клеща и начали исследовать их реакцию на различные электростатически заряженные (“наэлектризованные”) объекты.
Вначале изучали способность нимф собачьего клеща (типичная длина ≈ 1 мм, масса ≈ 0,1 мг) притягиваться к акриловым поверхностям, наэлектризованным через натирание о кроличий мех.
Результаты были обнадеживающими — клещи легко притягивались через воздушные зазоры в сантиметры. Затем исследовали решили проверить реакцию молодых клещей на электрод с напряжением +750 В, имитирующий электрическое поле хозяина (упомянутой ранее коровы), расположенное над заземленной поверхностью. Оказалось что почти все клещи без каких-либо проблем перемещались на включенный электрод, при этом никак не реагировали (оставались на своих местах), если на электроде не было электростатического заряда. На видео ниже показано, как ползущая по диэлектрической бумаге нимфа собачьего клеща притягивается к нейлоновому шару, заряженному трением (трибоэлектрически).
Демонстрация показывает, что электростатические поля достаточны для того, чтобы не только протянуть клещей через значительные воздушные промежутки, но и для того, чтобы успешно противостоять силе гравитации. То есть электростатика значительно увеличивает пространственный диапазон действия клеща и эффективность его “охоты на человека/животных”.
Здесь важно отметить, что в эксперименте “электростатический лифт” поднимали клещей к электроду по прямой. Однако в природе хозяин может быть расположен в любом направлении (боковое направление), а значит для перемещения потребуются гораздо меньшие напряженности электрического поля. Чем больший электростатический заряд несет объект, тем большее расстояние может преодолеть клещ. Притом зависимость здесь линейная. Например для около сантиметровых промежутков достаточно мизерной разницы потенциалов в 26–29 В. Человек способен накапливать электростатический потенциал до 30 000 В и притягивать клеща с расстояния в десяток сантиметров. И да, здесь стоит понимать, что клещи будут “выстреливать” в направлении хозяина только в его присутствии, и никак не станут реагировать на атмосферную электростатику. То есть они, например, не станут активно перемещаться перед грозой, как хотелось бы предположить.
Еще один важный результат, который дало исследование бристольских ученых это то, что на эффективность электростатических взаимодействий клещ-хозяин не влияет полярность напряжения. Потому что наверное у каждого возникнет резонный вопрос о том, связано ли поведение клеща с накоплением поверхностных зарядов (статический или квазистатический заряд на поверхности клеща) или же клещ сам является источником статического заряда для себя. Удивительно, но правильный ответ — второй.
Для клещей наблюдается так называемя индукция поляризации или разделение зарядов внутри клеща.
То есть в простейшем применении, клещей в равной степени привлекают как положительно, так и отрицательно заряженные живые существа. Как данное паукообразное может менять свой заряд — вопрос глубоко дискуссионный.
Чем это нам грозит?
Исследование показывает что наэлектризованные хозяева проходящие недалеко от клеща сами создают условия способствующие перемещению паразита на тело хозяина. Электростатика также помогает клещу “прилипнуть” к хозяину и успешно прикрепится (вспомните, как прилипает к телу наэлектризованная синтетическая одежда). Вполне можно допустить, что по такому же механизму к человеку и животным прикрепляются (и перемещаются) и другие паразиты — блохи, вши. Здесь хочется упомянуть и клеща Varroa destructor, который наносит огромный ущерб пчеловодству (про него я писал здесь). То, что этот паразит прикрепляется к пчелам за счет статического электричества — давно доказанный факт. Возможно многие подобные паукообразные распространяются по миру “электростатически прилипая” к различным летающим насекомым (которые как известно всегда несут достаточно большой заряд на поверхности).
Форезия - расселение организма при помощи его переноса другим, по сути — использование одними организмами других организмов в качестве «транспортного средства». Форезия является одной из форм пассивного расселения и свойственна видам, для которых перенос из одного биотопа в другой является необходимым для сохранения или размножения. Среди крупных животных форезия почти не встречается.
Большинство обычных людей скорее всего волнуют не механизмы форезии, а то, как новый взгляд на экологию иксодовых клещей повлияет на безопасность при походах в леса и парки.
Сразу начну с хорошего. Раз мы знаем, что электростатика играет важную роль, то мы можем постараться что-то изменить, тем более человечество накопило значительный опыт и в измерении статического электричества, и в борьбе с ним. Вспомнить хотя бы антистатические добавки в стиральные порошки, чтобы белье не слипалось, специальные коврики и заземляющие браслеты, чтобы при пайке статическое электричество не повреждало компоненты и еще много-много всего. Что-то из этого можно использовать и при защите от клещей.
У меня лично первым в памяти всплывают (заметка) советские радиоэкранирующие комбинезон из хб-ткани с медными нитями или их современный аналог — Экран-2Б.
Через такие костюмы клещи проникнуть не смогут по определению (ибо “глухой” комбинезон), да и даже прикрепится не получится из-за того, что заряд статического электричества будет стекать на землю.
Если радиоэкронирование вам не по душе, то можно просто обрабатывать одежду людей специальными антистатическими покрытиями, которые продаются, например, в магазинах косметики. Если таковых не имеется, то можно планируя прогулку в лес вместо одежды из синтетических волокон (накапливающей статическое электричество) надеть на себя что-нибудь из натуральных волокон. Еще лучше если эти натуральные волокна были постираны порошком с антистатиком. Напомню что принцип действия антистатиков основан на том, что они снижают полярность полимеров, как следствие наблюдается снижение удельного сопротивления поверхности материалов и рассеивание заряда. К широко используемым антистатикам можно отнести знакомые всем нам по пандемии катионные ПАВ (четвертичные аммониевые соли - ЧАС — заметка про них здесь) или широко распространенные сульфонаты. Отмечу, что вода тоже является антистатиком, поэтому если вы промокли под дождем — клещу будет крайне тяжело к вам прикрепится.
Отдельный, пока дискуссионный, вопрос — это то, насколько могут быть эффективны серийно выпускаемые “заземлители обуви”
Такие устройства широко продаются на различных аукционах, стоят не дорого и вполне могут занять свое место рядом с химическими антистатиками.
Ради общей эрудиции упомяну еще один экзотический вариант, который используется для удаления электризованной пыли с объективов и различных оптических устройств. Это специальная кисточка, где используется картридж с изотопом полония-210. Тот самый полоний, который был связан с историей Дмитрия Литвиненко.
Кто не в курсе так же работают и индивидуальные накопители мощности дозы в виде “карандашей”. Все кто застал уроки гражданской обороны в школе помнят дозиметр ИД-1. Сюда же идут и дозиметры ДКП-50А, ДП-24, ДП-22В и подобные.
Устройства эти относятся к классу т.н. электростатических дозиметров. Радиация ионизирует воздух, за счет ионизации исчезает заряд у предварительно наэлектризованной кварцевой нити (для этого используются зарядные устройства ЗД-5 и ЗД-6 в виде “коробочек” на фото). Про то, как сделать такой дозиметр из мусора я писал в статье Дозиметр для Серёжи. Часть III. Народный радиометр, а про современное развитие данного направления для оценки радонового загрязнения — здесь. Дозиметры кстати абсолютно бесполезные, ибо ориентированы на на мощности дозы в Рентгены (“около эпицентра ядерного взрыва”), и, как не сложно догадаться, реагируют на бытовое статическое электричество (от синтетической одежды например).
Как теперь быть с репеллентами?
А вот что касается наших любимых репеллентов, то здесь не все так радужно. Теперь уже читая мою известную статью, придется автоматически делать поправку на статическое электричество.
При использовании репеллентов мы допускали, что клещ на одежду попадает по своей воле (заметьте, никогда нигде не звучало слово “прыгает”, своеобразная ложная слепота) и дальше путешествует к открытой коже. Но с учетом “электростатической теории” выходит, что паукообразное на одежду попадет вне зависимости от своего желания. Просто повинуясь слепым законам физики. Что он будет там делать дальше — большой вопрос. Предположим, в случае применения репеллента возможно клещ попытается покинуть злосчастного хозяина с неподходящим запахом. С высокой долей вероятности клещ направится туда, где запаха репеллента нет. Как здесь не вспомнить истории с родителями, которые вернувшись из леса бросили в квартире одежду, а клещ с одежды за ночь успел переместиться на годовалого ребенка. Если вас такой вариант устраивает — продолжаем применять репелленты, но уже совместно с антистатиками. И помним, что например черноногие клещи могут жить в доме в течение многих дней в зависимости от влажности. В лаборатории нимфы клеща жили более 6 месяцев при относительной влажности 93–100%, но более половины из них умирают менее чем через 4 дня при относительной влажности 65%. Так что по возвращении домой из леса снимите, постирайте и высушите одежду. Многие черноногие клещи могут пережить стирку в теплой или горячей воде, но они не выдерживают одного часа в горячей сушилке.
Если описанный выше вариант не устраивает — то либо пропитываем всю одежду самостоятельно контактными инсектицидами. Здесь отмечу, что для самостоятельной обработки тканей пригодны не все пиретроидные инсектициды. Условиями их пригодности являются сохранение эффективности после нанесения на материал в течение по меньшей мере нескольких недель, устойчивость к солнечному свету и безопасность для человека. Пиретроиды первого поколения, например природные пиретрины (пиретрум), аллетрины и фенотрин, для пропитки не годятся, поскольку под воздействием дневного света они быстро разлагаются. Пиретроиды второго (тетраметрин, ресметрин, биоаллетрин, фенотрин) и третьего (фенвалерат, перметрин) поколений гораздо устойчивее и, следовательно, пригодны для этой цели. Ищем все препараты в магазинах для сада и огорода.
Подробнее про технологии самостоятельной пропитки тканей смотрим в статье.
В конце-концов можно просто купить готовую одежду из тканей с инсектицидной пропиткой. Первым такой материал был разработан фирмой Insect Shield (США) в 70-е годы для нужд армии и продолжает в различных вариациях использоваться по сей день, в т.ч. в армии НАТО. В России антиклещевые ткани используются в комплектах «Ратник» (но это не точно). Проверить работу инновационного материала и «почувствовать себя натовцем» может каждый турист, ибо наш дорогой и любимый BUFF выпустила серию своих шапок с импользованием пропитки от упомянутой ранее фирмы. Называется все это добро CoolNet® UV+ Insect Shield Tubular Future Forest Green:
Такие вот мысли вызвала у меня публикация в Current Biology. Маленький шаг для бристольских ученых, большой шаг для человечества (“борцов с клещами”). Немного даже грустно, что статья прошла не замеченная в кругу научно-технических блогеров (биологов в частности). Но я свою задачу выполнил и, главное, сохранил уверенность в том, что как бы то ни было, несмотря на все достижения биофизики насекомых, от химических средств защиты пока всем нам отказываться рано.