Warum wählen Mücken Menschen?

Nur wenige Tiere sind so spezialisiert wie die Mücken, die Krankheiten wie Zika, Malaria und Dengue-Fieber übertragen.

Tatsächlich sind die meisten der mehr als 3.000 Mückenarten auf der Welt opportunistisch, so McBride, Assistant Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie und Princeton Neuroscience Institute. Es kann sich um Säugetier- oder Vogelbeißer handeln, wobei verschiedene Arten in diesen Kategorien leicht bevorzugt werden. Die meisten Mücken sind jedoch weder völlig wahllos noch artenspezifisch. Aber McBride ist am meisten an den Mücken interessiert, die Wissenschaftler “Krankheitsüberträger” nennen – Träger von Krankheiten, die den Menschen plagen – von denen sich einige so entwickelt haben, dass sie fast ausschließlich Menschen beißen.

Sie untersucht mehrere Mücken, die Krankheiten übertragen, darunter Aedes aegypti, der Hauptvektor für Dengue-Fieber, Zika- und Gelbfieber, und Culex pipiens, der das West-Nil-Virus überträgt. A. aegypti ist auf Menschen spezialisiert, während C. pipiens weniger spezialisiert ist, so dass es den West-Nil von Vögeln auf Menschen übertragen kann.

“Es sind die Spezialisten, die aus offensichtlichen Gründen die besten Krankheitsüberträger sind: Sie beißen viele Menschen”, sagte McBride. Sie versucht zu verstehen, wie sich das Gehirn und das Genom dieser Mücken entwickelt haben, um sie auf den Menschen zu spezialisieren – auch, wie sie uns so effektiv von anderen Säugetieren unterscheiden können.

McBride vergleicht das Verhalten, die Genetik und das Gehirn der Zika-Mücke mit einem afrikanischen Stamm derselben Art, der sich nicht auf Menschen spezialisiert hat.

In einem Forschungsschwerpunkt untersucht sie, wie tierische Gehirne komplexe Aromen interpretieren. Das ist eine kompliziertere Aussage, als es zunächst erscheint, da der menschliche Geruch aus mehr als 100 verschiedenen Verbindungen besteht – und dieselben Verbindungen in leicht unterschiedlichen Verhältnissen in den meisten Säugetieren vorhanden sind.

“Keine dieser Chemikalien ist für sich genommen für Stechmücken attraktiv, daher müssen Stechmücken das Verhältnis erkennen, die genaue Mischung der Komponenten, die den menschlichen Geruch ausmacht”, sagte McBride. “Wie findet ihr Gehirn das heraus?”

Sie untersucht auch, welche Kombination von Verbindungen Mücken anzieht. Dies kann zu Ködern führen, die Mücken in tödliche Fallen locken, oder zu Abwehrmitteln, die das Signal unterbrechen.

Die meisten Moskito-Studien in den letzten Jahrzehnten waren Verhaltensexperimente, die sehr arbeitsintensiv sind, sagte McBride. “Sie geben ihnen einen Geruch und sagen:” Gefällt dir das? und selbst bei fünf Verbindungen ist die Anzahl der Permutationen, die Sie durchlaufen müssen, um genau herauszufinden, wie hoch das richtige Verhältnis ist, überwältigend. ” Mit 15 oder 20 Verbindungen steigt die Anzahl der Permutationen in die Höhe und mit dem vollen Komplement von 100 ist es astronomisch.

Um die Geruchspräferenz von Mücken zu testen, wurden in McBrides Labor hauptsächlich Meerschweinchen, kleine Säugetiere mit einer anderen Mischung aus vielen der 100 gleichen Geruchsverbindungen des Menschen, verwendet. Forscher sammeln ihren Geruch, indem sie Luft über ihren Körper blasen, und präsentieren dann Mücken mit der Wahl zwischen Meerschweinchen-Eau und einem menschlichen Arm. Menschenspezialisierte “einheimische” A. aegypti-Mücken werden in 90 bis 95 Prozent der Fälle auf den Arm treffen, sagte McBride, aber die afrikanischen “Wald” -Mücken von A. aegypti fliegen eher auf das Meerschweinchenaroma zu.

In einem anderen kürzlich durchgeführten Experiment rekrutierte die damals ältere Meredith Mihalopoulos aus der Klasse von 2018 sieben Freiwillige und führte “Präferenztests” sowohl mit Wald- als auch mit einheimischen A. aegypti-Mücken durch. Sie ließ die Mücken zwischen sich und jedem der Freiwilligen wählen und stellte fest, dass einige Menschen für die Insekten attraktiver sind als andere. Dann analysierte Alexis Kriete, ein Forschungsspezialist im McBride-Labor, den Geruch aller Teilnehmer. Sie zeigten, dass, obwohl die gleichen Verbindungen vorhanden waren, jeder Mensch einander ähnlicher war als die Meerschweinchen.

“Es gibt nichts wirklich Einzigartiges an einem Tiergeruch”, sagte McBride. “Es gibt keine Verbindung, die eine Meerschweinchenart charakterisiert. Um eine Art zu erkennen, muss man Mischungen erkennen.”

Das McBride-Labor wird erweitert, um andere Säugetiere und Vögel in ihre Forschung einzubeziehen. Die Doktorandin Jessica Zung arbeitet mit Farmen und Zoos zusammen, um Haar-, Fell-, Feder- und Wollproben von 50 Tierarten zu sammeln. Sie hofft, in einer Einrichtung der Rutgers University, die Gerüche fraktioniert und das Verhältnis der Verbindungen ermittelt, Gerüche aus ihnen herausfiltern und analysieren zu können. Durch die Eingabe ihrer Geruchsprofile in ein Rechenmodell hoffen sie und McBride zu verstehen, wie genau sich Mücken entwickelt haben, um Menschen von nichtmenschlichen Tieren zu unterscheiden.

Der Doktorand von McBride, Zhilei Zhao, entwickelt einen völlig neuen Ansatz: Es wird das Gehirn von Mücken in sehr hohen Auflösungen abgebildet, um herauszufinden, wie eine Mücke ihr nächstes Opfer identifiziert. “Durch welche Kombination neuronaler Signale im Gehirn wird die Mücke angezogen oder abgestoßen?” Fragte McBride. “Wenn wir das herausfinden können, ist es trivial, nach Mischungen zu suchen, die attraktiv oder abstoßend sein können

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