Malattie infettive sopportate causate dalle zanzare, come la malaria, la febbre dengue e la febbre Zika, mietono più di 770.000 vittime ogni anno in tutto il mondo. Capire come le zanzare trovano gli esseri umani è stata a lungo una sfida per controllare la diffusione di queste malattie. Tuttavia, si sa poco su come le zanzare integrino molteplici segnali, comprese le informazioni visive e l’anidride carbonica, per avvicinarsi ai loro obiettivi.
In questo contesto, un gruppo di ricerca guidato dal Georgia Institute of Know-how e dal Massachusetts Institute of Know-how è riuscito a derivare automaticamente un modello dinamico che governa il volo delle zanzare applicando metodi statistici di inferenza bayesiana a una grande quantità di dati che registrano i movimenti delle zanzare.
L’inferenza bayesiana è una tecnica statistica che determina probabilisticamente i parametri del modello più plausibili dai dati osservati. Utilizzando questo metodo, i ricercatori sono stati in grado di costruire un modello matematico in grado di riprodurre i risultati sperimentali con elevata precisione, comprimendo il comportamento delle zanzare a meno di 30 parametri.
“La grande domanda period: come fanno le zanzare a trovare un bersaglio umano?” spiega Cheng-Yi Fei, ricercatore post-dottorato al MIT. “Esistono precedenti studi sperimentali su quale tipo di segnali potrebbero essere importanti. Ma nulla è stato particolarmente quantitativo.”
Le zanzare hanno due modalità di volo
Il gruppo di ricerca ha rilasciato due donne Aedes aegizi zanzare in uno spazio sperimentale sigillato e hanno registrato le loro traiettorie di volo con incrementi di 0,01 secondi utilizzando due telecamere a infrarossi. I dati ottenuti da un totale di 20 esperimenti superano i 53 milioni di punti, con più di 400.000 traiettorie di volo registrate. Questo rappresenta il set di dati più grande mai raccolto per uno studio che misura quantitativamente il volo delle zanzare.
L’esperimento è iniziato fotografando le zanzare che volavano attorno a soggetti umani, vestiti con abiti di colore scuro. Questa osservazione lo ha rivelato Aedes aegizi le zanzare concentravano il loro avvicinamento sulle teste umane. Questa è stata una scoperta fondamentale che è servita come punto di partenza per l’intero studio.
Successivamente, i ricercatori hanno sperimentato soggetti vestiti di nero da un lato e di bianco dall’altro. Hanno scoperto che, sebbene l’anidride carbonica e l’odore corporeo fossero emessi equamente da entrambi i lati del corpo, le traiettorie di volo delle zanzare erano focus solo sul lato nero. Sebbene strano a prima vista, questo risultato dimostra chiaramente che gli stimoli visivi svolgono un ruolo importante nella ricerca di obiettivi in un ambiente senza vento.
Inoltre, un’analisi dettagliata delle zanzare che volano in un ambiente privo di stimolanti ha rivelato che i loro schemi di volo potrebbero essere sostanzialmente classificati in due tipi. Uno period lo stato attivo, in cui esploravano attivamente lo spazio mantenendo una velocità di circa 0,7 metri al secondo. L’altro period lo stato di riposo, in cui volavano quasi senza usare la spinta. Si ritiene che lo stato di riposo sia una fase di preparazione all’atterraggio ed è stato osservato più frequentemente vicino al soffitto dello spazio sperimentale.
L’analisi delle risposte delle zanzare agli stimoli visivi ha rivelato che le zanzare sono attratte da oggetti scuri e rallentano quando arrivano a circa 40 centimetri. Tuttavia, senza ulteriori segnali come l’odore corporeo, l’umidità o il calore, le zanzare spesso volavano through anche dopo essersi avvicinate al loro bersaglio. Ciò suggerisce che gli stimoli visivi da soli non sono sufficienti per indurre l’atterraggio e il succhiamento del sangue.
La risposta alle fonti di anidride carbonica è stata completamente diversa. Le zanzare che entravano in un raggio di circa 40 centimetri dalla fonte di anidride carbonica improvvisamente rallentavano fino a 0,2 m/s e cominciavano a volare in modo irregolare, ondeggiando senza una direzione chiara. Simulazioni numeriche hanno anche dimostrato che le zanzare possono rilevare concentrazioni di anidride carbonica fino allo 0,1% e che il loro raggio di rilevamento si estende fino a circa 50 centimetri dalla fonte.
Inoltre, la risposta delle zanzare cambiava in modo ancora più drammatico quando venivano presentati contemporaneamente stimoli visivi e anidride carbonica. Le zanzare iniziarono a girare intorno al bersaglio e si concentrarono un numero significativamente maggiore di zanzare vicino al bersaglio rispetto a quando uno degli stimoli veniva utilizzato da solo.
