Novi model predviđa kako će komarci letjeti

Istraživači s MIT-a i Georgia Techa otkrili su da vizualni i kemijski znakovi pomažu u određivanju putanja leta insekata. Tim je razvio prvi trodimenzionalni model leta komaraca, temeljen na eksperimentima s komarcima koji lete u prisutnosti različitih senzornih znakova.

Njihov model, objavljen u časopisu Science Advances, identificira tri obrasca leta koje komarci pokazuju kao odgovor na senzorne podražaje.

Kada mogu vidjeti samo potencijalnu metu, komarci zauzimaju pristup "prelijetanja", brzo se zaranjajući prema meti, a zatim odlijećući ako ne otkriju nikakve druge znakove koji potvrđuju domaćina.

Kada ne mogu vidjeti metu, ali mogu namirisati kemijski znak poput ugljičnog dioksida, komarci će "udvostručiti svoj ​​pogled", usporiti i preletjeti naprijed-natrag kako bi ostali blizu izvora.

Zanimljivo je da kada komarci prime i vizualne i kemijske znakove, poput viđenja siluete i mirisa ugljikovog dioksida, prelaze na "orbitalni" obrazac, leteći oko cilja stalnom brzinom dok se pripremaju za slijetanje, slično kao što morski pas kruži oko svog plijena.

Istraživači kažu da se novi model može koristiti za predviđanje kako će komarci letjeti kao odgovor na druge znakove, poput topline, vlage i određenih mirisa. Takva predviđanja mogla bi pomoći u dizajniranju učinkovitijih zamki i strategija suzbijanja komaraca.

„Naš rad sugerira da klopke za komarce trebaju posebno kalibrirane, multisenzorne mamce kako bi komarci bili dovoljno dugo zaokupljeni da budu uhvaćeni“, kaže autor studije Jörn Dunkel, profesor matematike na MIT-u. „Nadamo se da će ovo uspostaviti novu paradigmu za proučavanje ponašanja štetnika korištenjem 3D praćenja i modeliranja temeljenog na podacima za dekodiranje njihovog kretanja i rješavanje glavnih izazova javnog zdravstva.“

Na MIT-u, grupa razvija matematičke modele za opisivanje i predviđanje ponašanja složenih živih sustava, poput toga kako se crvi raspetljavaju, kako se embriji morskih zvijezda razvijaju i plivaju te kako mikrobi s vremenom razvijaju strukturu svoje zajednice. 

Jörn Dunkel je nakon predavanja na Georgia Techu pokušao primijeniti slične kvantitativne tehnike za predviđanje obrazaca leta komaraca. David Hu, bivši diplomirani student MIT-a, a sada profesor strojarstva na Georgia Techu, predložio je suradnju.

Huov laboratorij provodio je eksperimente s komarcima u ustanovi Centra za kontrolu i prevenciju bolesti u Atlanti, gdje su proučavali ponašanje insekata kao odgovor na senzorne znakove. Može li Dunkelova grupa upotrijebiti prikupljene podatke za prepoznavanje značajnog ponašanja leta koje bi u konačnici moglo pomoći znanstvenicima u kontroli populacija komaraca.

Za svoju novu studiju, Hu i njegovi kolege s Georgia Techa proveli su eksperimente s 50 do 100 komaraca vrste  Aedes aegypti. Kukci su letjeli unutar duge, bijele, blago nagnute pravokutne sobe dok su kamere po sobi snimale detaljne trodimenzionalne putanje svakog komarca dok je letio. U središte sobe postavili su predmet koji predstavlja određeni vizualni ili kemijski znak.

U nekim su pokusima postavili crnu stiropornu kuglu na stalak kako bi predstavljala jednostavan vizualni znak. (Komarci bi mogli vidjeti crnu kuglu na bijeloj pozadini sobe). U drugim su pokusima postavili bijelu kuglu s cijevi koja prolazi kroz nju kako bi ispumpavala ugljikov dioksid brzinom sličnom onome što ljudi izdišu. Ovi su pokusi predstavljali prisutnost kemijskog znaka, ali ne i vizualnog znaka.

Istraživači su također proučavali reakciju komaraca na vizualne i kemijske znakove, koristeći crnu kuglu koja je emitirala ugljikov dioksid. Konačno, promatrali su kako se komarci ponašaju u blizini dobrovoljca koji je nosio zaštitnu odjeću koja je s jedne strane bila crna, a s druge bijela.

Kroz 20 eksperimenata, tim je generirao više od 53 milijuna podataka i preko 477.220 putanja leta komaraca. Hu je podijelio podatke s Dunkelom, čija je grupa koristila mjerenja za razvoj modela ponašanja komaraca u letu.

Na kraju je grupa sažela jednostavan model koji točno predviđa kako će komarac letjeti, s obzirom na prisutnost vizualnog znaka, kemijskog znaka ili oboje. Putanje leta kao odgovor na jedan ili drugi znak znatno se razlikuju.

Zanimljivo je da su istraživači primijetili da kada su oba znaka prisutna rezultirajuća putanja nije „aditivna“. Drugim riječima, komarac ne kombinira jednostavno putanje kojima bi se zasebno kretao kada bi mogao vidjeti i namirisati metu. Umjesto toga, kukci biraju zasebnu putanju, kružeći, umjesto da rone ili jure oko svoje mete.