Αφού παρακολούθησαν προσεκτικά εκατοντάδες κουνούπια που σωρεύουν γύρω από ένα ανθρώπινο θέμα και ανέλυσαν 20 εκατομμύρια σημεία δεδομένων, ερευνητές από το Georgia Tech και το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο που προβλέπει πώς τα θηλυκά κουνούπια πετούν προς τους ανθρώπους για να ταΐσουν.
Αυτή η έρευνα προσφέρει την πρώτη λεπτομερή απεικόνιση της συμπεριφοράς της πτήσης των κουνουπιών και παρέχει μετρήσιμα δεδομένα που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τις μεθόδους παγίδευσης και ελέγχου. Πέρα από το ότι είναι ερεθιστικά, τα κουνούπια μεταδίδουν επικίνδυνες ασθένειες όπως η ελονοσία, ο κίτρινος πυρετός και ο Ζίκα, που μαζί προκαλούν περισσότερους από 700.000 θανάτους κάθε χρόνο.
Η ομάδα ξεκίνησε επίσης έναν διαδραστικό δημόσιο ιστότοπο που επιτρέπει στους χρήστες να εξερευνήσουν την κίνηση και τη συμπεριφορά των κουνουπιών.
Παρακολούθηση πτήσης κουνουπιών με τρισδιάστατη απεικόνιση
Για να κατανοήσουν πώς πλοηγούνται τα κουνούπια, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τρισδιάστατες υπέρυθρες κάμερες για να παρατηρήσουν πώς τα έντομα κινούνταν γύρω από αντικείμενα χρησιμοποιώντας οπτικά σήματα και διοξείδιο του άνθρακα. Στη συνέχεια εισήγαγαν ένα άτομο σε έναν ελεγχόμενο θάλαμο, άλλαξαν τα χρώματα των ρούχων του και κατέγραψαν πώς πετούσαν τα κουνούπια γύρω του.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Προόδους της Επιστήμηςεπικεντρώθηκε στο θηλυκό Aedes aegypti κουνούπια (ονομάζονται επίσης κουνούπια κίτρινου πυρετού), ένα είδος που είναι κοινό στις νοτιοανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες, στην Καλιφόρνια και σε πολλές περιοχές σε όλο τον κόσμο.
Τα κουνούπια ακολουθούν τα σήματα, όχι το ένα το άλλο
Τα δεδομένα δείχνουν ότι τα κουνούπια δεν μαζεύονται επειδή διαδέχονται το ένα το άλλο. Αντίθετα, κάθε έντομο ανταποκρίνεται ανεξάρτητα στις περιβαλλοντικές ενδείξεις, ωστόσο καταλήγουν να συγκεντρώνονται στο ίδιο μέρος την ίδια στιγμή.
«Είναι σαν ένα γεμάτο μπαρ», είπε ο David Hu, καθηγητής στη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών George W. Woodruff και στη Σχολή Βιολογικών Επιστημών της Georgia Tech. “Οι πελάτες δεν είναι εκεί γιατί ακολούθησαν ο ένας τον άλλον στο μπαρ. Ελκύονται από τα ίδια σημάδια: ποτά, μουσική και ατμόσφαιρα. Το ίδιο ισχύει και για τα κουνούπια. Αντί να ακολουθεί τον αρχηγό, το έντομο ακολουθεί τα σήματα και τυχαίνει να φτάνει στο ίδιο σημείο με τα άλλα. Είναι καλά αντίγραφα το ένα του άλλου.”
Ο ισχυρός συνδυασμός οπτικών συνθηκών και CO2
Οι ερευνητές διεξήγαγαν τρία πειράματα που προσάρμοσαν τους οπτικούς στόχους και τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα. Στην πρώτη δοκιμή, μια μαύρη σφαίρα τράβηξε τα κουνούπια, αλλά μόνο όταν πετούσαν ήδη προς το μέρος της. Αφού έφτασαν στο αντικείμενο, συνήθως δεν έμεναν και προχωρούσαν γρήγορα.
Όταν η ομάδα αντικατέστησε το μαύρο αντικείμενο με ένα λευκό και πρόσθεσε διοξείδιο του άνθρακα, τα κουνούπια μπόρεσαν να εντοπίσουν την πηγή, αλλά μόνο σε κοντινή απόσταση. Ο Χου παρατήρησε τα έντομα να σταματούν για λίγο, σχεδόν σαν να έκαναν μια «διπλή λήψη», πριν μαζευτούν εκεί κοντά.
Όταν και ένα μαύρο αντικείμενο και το CO2 ήταν παρόντες μαζί, το αποτέλεσμα ήταν ισχυρότερο. Τα κουνούπια κατέκλυσαν την περιοχή, παρέμειναν και προσπάθησαν να τραφούν.
“Προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι οι οπτικές ενδείξεις και το διοξείδιο του άνθρακα προσελκύουν τα κουνούπια. Αλλά δεν ξέραμε πώς συνδυάζουν αυτές τις ενδείξεις για να καθορίσουν πού να πετάξουν”, δήλωσε ο Christopher Zuo, ο οποίος διεξήγαγε τη μελέτη ως μεταπτυχιακός φοιτητής της Georgia Tech. “Είναι σαν μικρά ρομπότ. Έπρεπε απλώς να καταλάβουμε τους κανόνες τους.”
Ανθρώπινες δοκιμές αποκαλύπτουν πού στοχεύουν τα κουνούπια
Αφού εντόπισε τη σημασία των ακόμα οπτικών ενδείξεων, ο Zuo δοκίμασε τη συμπεριφορά στον εαυτό του. Μπήκε σε ένα θάλαμο φορώντας διαφορετικά ρούχα, όπως όλα μαύρα, ολόλευκα και ανάμεικτα ρούχα.
Όρθιος με τα χέρια απλωμένα, άφησε δεκάδες κουνούπια να πετάξουν γύρω του, ενώ οι κάμερες κατέγραφαν τα μονοπάτια τους. Τα δεδομένα αναλύθηκαν αργότερα στο MIT για να καθοριστούν οι πιο πιθανοί κανόνες που καθοδηγούν την κίνησή τους.
Τα κουνούπια συμπεριφέρονταν σαν το Zuo να ήταν απλώς ένα άλλο αντικείμενο. Τα μεγαλύτερα σμήνη σχηματίστηκαν γύρω από το κεφάλι και τους ώμους του, που είναι οι περιοχές που στοχεύει συχνότερα το είδος.
Ο Λού φορούσε ένα μακρυμάνικο φούτερ, παντελόνι και κάλυμμα κεφαλιού στην κάμαρα. Είπε ότι δεν τον δάγκωναν πολύ συχνά.
Διαδραστικό μοντέλο δείχνει συμπεριφορά κουνουπιών
Το διαδραστικό μοντέλο και ο ιστότοπος της ομάδας απεικονίζουν πώς τα κουνούπια αλλάζουν κατεύθυνση, επιταχύνουν και επιβραδύνουν με βάση οπτικά σήματα και CO2. Οι χρήστες μπορούν να κάνουν εναλλαγή μεταξύ διαφορετικών συνθηκών, συμπεριλαμβανομένου του χρώματος, του διοξειδίου του άνθρακα, και των δύο ή κανένα από τα δύο, και να παρατηρήσουν πώς αντιδρούν έως και 20 κουνούπια. Η πλατφόρμα επιτρέπει επίσης στους χρήστες να ανεβάζουν προσαρμοσμένες εικόνες ως στόχους.
Νέες πληροφορίες θα μπορούσαν να βελτιώσουν τον έλεγχο των κουνουπιών
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο αποτελεσματικές στρατηγικές ελέγχου των παρασίτων.
«Μια τακτική είναι η χρήση παγίδων αναρρόφησης που βασίζονται σε σταθερές ενδείξεις, όπως το συνεχές CO2 απελευθέρωση ή σταθερές πηγές φωτός, για την προσέλκυση κουνουπιών», είπε ο Zuo. «Η μελέτη μας προτείνει να τα χρησιμοποιούμε κατά διαστήματα και στη συνέχεια να ενεργοποιούμε την αναρρόφηση κατά διαστήματα, μπορεί να είναι καλύτερη. Αυτό συμβαίνει επειδή τα κουνούπια δεν τείνουν να κολλάνε γύρω από τον στόχο τους όταν και οι δύο ενδείξεις δεν χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα».
Οι Zuo και Hu συνεργάστηκαν με μηχανολόγο μηχανικό Ph.D. υποψήφιος Soohwan Kim. Πρόσθετοι συν-συγγραφείς περιλαμβάνουν τους Chenyi Fei και Alexander Cohen του MIT, μαζί με τον Ring Carde του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Riverside.
