Overgedragen infectieziekten door muggenachtige malariaknokkelkoorts en zikakoorts – eisen elk jaar wereldwijd meer dan 770.000 levens. Begrijp hoe mug Het vinden van mensen is lange tijd een uitdaging geweest bij het beheersen van de verspreiding van deze ziekte. Er is echter weinig bekend over hoe muggen meerdere signalen, waaronder visuele informatie en koolstofdioxide, integreren om hun doelwitten te benaderen.
In deze context heeft een onderzoeksteam geleid door het Georgia Institute of Technology en het Massachusetts Institute of Technology is succesvol geweest heeft automatisch een dynamisch model afgeleid dat de muggenvlucht reguleert door statistische Bayesiaanse inferentiemethoden toe te passen op grote hoeveelheden gegevens die muggenbewegingen registreren.
Bayesiaanse inferentie is een statistische techniek die op probabilistische wijze de meest redelijke modelparameters bepaalt op basis van observationele gegevens. Met behulp van deze methode konden de onderzoekers een wiskundig model bouwen dat experimentele resultaten met hoge nauwkeurigheid kon reproduceren, terwijl het muggengedrag werd gecomprimeerd tot minder dan 30 parameters.
“De grote vraag is: hoe vinden muggen menselijke doelwitten?” uitleggen Cheng-Yi Fei, postdoctoraal onderzoeker aan het MIT. “Er is eerder experimenteel onderzoek gedaan naar welke signalen belangrijk kunnen zijn, maar er is geen kwantitatief onderzoek gedaan.”
Muggen hebben twee manieren om te vliegen
Het onderzoeksteam heeft twee vrouwtjes vrijgelaten Aedes aegypti muggen naar een gesloten experimentele kamer en registreerden hun vliegroutes binnen 0,01 seconde met behulp van twee infraroodcamera’s. Gegevens verkregen uit in totaal 20 experimenten overschreden 53 miljoen punten, met meer dan 400.000 geregistreerde vliegroutes. Dit vertegenwoordigt de grootste dataset die ooit is verzameld voor onderzoek dat de muggenvlucht kwantitatief meet.
Het experiment begon met het fotograferen van muggen die rond menselijke proefpersonen vlogen die donkere kleding droegen. Deze observatie laat dat zien Aedes aegypti De mug concentreert zijn aanpak op het menselijk hoofd. Dit is een fundamentele ontdekking die het startpunt vormt van al het onderzoek.
Vervolgens experimenteerden de onderzoekers met proefpersonen die aan de ene kant in het zwart en aan de andere kant in het wit gekleed waren. Ze ontdekten dat hoewel koolstofdioxide en lichaamsgeur aan beide kanten van het lichaam gelijkelijk werden uitgestoten, de vliegroute van de mug alleen geconcentreerd was op de zwarte kant. Hoewel het op het eerste gezicht misschien vreemd lijkt, laten deze resultaten duidelijk zien dat visuele stimuli een belangrijke rol spelen bij het zoeken naar doelen in windstille omgevingen.
Bovendien bleek uit een gedetailleerde analyse van muggen die in omgevingen zonder stimulerende middelen vliegen dat hun vluchtpatronen over het algemeen in twee typen kunnen worden ingedeeld. Eén daarvan is de actieve toestand, waarbij ze actief de ruimte verkennen met een snelheid van ongeveer 0,7 meter per seconde. De andere is de inactieve toestand, waarin ze vrijwel zonder stuwkracht vliegen. De inactieve toestand wordt beschouwd als een voorbereidende fase voor de landing en wordt vaker waargenomen nabij het plafond van de experimentele kamer.
Uit analyse van de reacties van muggen op visuele stimuli bleek dat muggen zich aangetrokken voelen tot donkere objecten en langzamer gaan bewegen als ze zich binnen een afstand van ongeveer 40 centimeter bevinden. Zonder extra signalen zoals lichaamsgeur, vochtigheid of hitte vliegen muggen echter vaak weg, zelfs nadat ze hun doelwit hebben benaderd. Dit suggereert dat visuele stimulatie alleen niet voldoende is om te landen en bloed te zuigen.
De reactie op koolstofdioxidebronnen is heel anders. Muggen die binnen een straal van ongeveer 40 centimeter van de kooldioxidebron binnenkomen, vertragen plotseling tot 0,2 m/s en beginnen onregelmatig te vliegen, zwaaiend zonder een duidelijke richting. Numerieke simulaties laten ook zien dat muggen kooldioxideconcentraties van slechts 0,1 procent kunnen detecteren en dat hun detectiebereik ongeveer 50 centimeter vanaf de bron reikt.
Bovendien veranderden de reacties van muggen dramatischer wanneer visuele stimuli en kooldioxide gelijktijdig werden toegediend. Muggen begonnen het doelwit te omsingelen en er waren aanzienlijk meer muggen geconcentreerd in de buurt van het doelwit dan wanneer de stimulus alleen werd gebruikt.
