Prenesene zarazne bolesti od komaraca—kao što su malarija, denga groznica i Zika groznica—oduzimaju više od 770 000 života diljem svijeta svake godine. Razumijevanje načina na koji komarci pronalaze ljude dugo je bio izazov u kontroli širenja ovih bolesti. Međutim, malo se znalo o tome kako komarci integriraju više znakova, uključujući vizualne informacije i ugljični dioksid, kako bi se približili svojim metama.
U tom kontekstu, istraživački tim predvođen Georgia Institute of Technology i Massachusetts Institute of Technology je uspio u automatsko izvođenje dinamičkog modela koji upravlja letom komaraca primjenom Bayesovih statističkih metoda zaključivanja na golemu količinu podataka koji bilježe kretanje komaraca.
Bayesov zaključak je statistička tehnika koja vjerojatnosno određuje najvjerojatnije parametre modela iz promatranih podataka. Koristeći ovu metodu, istraživači su uspjeli konstruirati matematički model koji je mogao reproducirati eksperimentalne rezultate s visokom točnošću dok je ponašanje komaraca komprimirano na manje od 30 parametara.
“Veliko je pitanje bilo kako komarci pronalaze ljudsku metu?” objašnjava Cheng-Yi Fei, postdoktorand na MIT-u. “Postojale su prethodne eksperimentalne studije o tome koji bi znakovi mogli biti važni. Ali ništa nije bilo posebno kvantitativno.”
Komarci imaju dva načina leta
Istraživački tim pustio je dvije ženke Aedes aegypti komarce u zatvoreni eksperimentalni prostor i zabilježili njihove putanje leta u koracima od 0,01 sekunde pomoću dvije infracrvene kamere. Podaci dobiveni iz ukupno 20 eksperimenata premašuju 53 milijuna točaka, s više od 400.000 zabilježenih putanja leta. Ovo predstavlja najveći skup podataka ikada prikupljen za studiju koja kvantitativno mjeri let komaraca.
Eksperiment je započeo fotografiranjem komaraca kako lete oko ljudi koji su bili odjeveni u tamnu odjeću. Ovo opažanje otkrilo je da Aedes aegypti komarci su svoj pristup koncentrirali na ljudske glave. To je bilo temeljno otkriće koje je poslužilo kao polazište cijele studije.
Zatim su istraživači eksperimentirali s subjektima odjevenim u crno s jedne strane i bijelo s druge strane. Otkrili su da iako se ugljični dioksid i tjelesni miris jednako emitiraju s obje strane tijela, putanje leta komaraca bile su koncentrirane samo na crnoj strani. Iako čudan na prvi pogled, ovaj rezultat je zorno pokazao da vizualni podražaji igraju važnu ulogu u potrazi za metama u okruženju bez vjetra.
Nadalje, detaljna analiza leta komaraca u okruženju bez stimulansa otkrila je da se obrasci njihovog leta mogu općenito klasificirati u dvije vrste. Jedno je bilo aktivno stanje, u kojem su aktivno istraživali prostor održavajući brzinu od približno 0,7 metara u sekundi. Drugi je bio stanje mirovanja, u kojem su letjeli gotovo bez korištenja potiska. Smatra se da je stanje mirovanja pripremna faza za slijetanje i češće je promatrano u blizini stropa eksperimentalnog prostora.
Analiza odgovora komaraca na vizualne podražaje otkrila je da komarce privlače tamni predmeti i usporavaju kada im se približe na oko 40 centimetara. Međutim, bez dodatnih znakova poput mirisa tijela, vlage ili topline, komarci su često odletjeli čak i nakon što su se približili meti. Ovo sugerira da sami vizualni podražaji nisu dovoljni da izazovu slijetanje i sisanje krvi.
Odgovor na izvore ugljičnog dioksida bio je potpuno drugačiji. Komarci koji su ušli unutar radijusa od oko 40 centimetara od izvora ugljičnog dioksida odjednom su usporili na 0,2 m/s i počeli nestalno letjeti, njišući se bez jasnog smjera. Numeričke simulacije također su pokazale da komarci mogu detektirati koncentracije ugljičnog dioksida od čak 0,1 posto i da se njihov raspon detekcije proteže na otprilike 50 centimetara od izvora.
Nadalje, reakcija komaraca promijenila se još dramatičnije kada su vizualni podražaji i ugljični dioksid bili prikazani istovremeno. Komarci su počeli kružiti oko mete, a znatno se više komaraca koncentriralo u blizini mete nego kad je bilo koji stimulans korišten samostalno.