Los datos de la ruta de vuelo muestran cómo los mosquitos se dirigen a los humanos

Enfermedades infecciosas transmitidas causadas por mosquitos (como la malaria, el dengue y el Zika) cobran más de 770.000 vidas en todo el mundo cada año. Comprender cómo los mosquitos encuentran a los humanos ha sido durante mucho tiempo un desafío para controlar la propagación de estas enfermedades. Sin embargo, se sabe poco sobre cómo los mosquitos integran múltiples señales, incluida la información visual y el dióxido de carbono, para acercarse a sus objetivos.

En este contexto, un equipo de investigación dirigido por el Instituto de Tecnología de Georgia y el Instituto de Tecnología de Massachusetts logró derivar automáticamente un modelo dinámico que rige el vuelo de los mosquitos aplicando métodos estadísticos de inferencia bayesiana a una gran cantidad de datos que registran los movimientos de los mosquitos.

La inferencia bayesiana es una técnica estadística que determina probabilísticamente los parámetros del modelo más plausibles a partir de los datos observados. Utilizando este método, los investigadores pudieron construir un modelo matemático que podría reproducir resultados experimentales con alta precisión al tiempo que comprimía el comportamiento de los mosquitos a menos de 30 parámetros.

"La gran pregunta era: ¿cómo encuentran los mosquitos un objetivo humano?" explica Cheng-Yi Fei, investigador postdoctoral en el MIT. "Hubo estudios experimentales previos sobre qué tipo de señales podrían ser importantes. Pero nada ha sido especialmente cuantitativo".

Los mosquitos tienen dos modos de vuelo

El equipo de investigación liberó a dos mujeres. Aedes aegypti mosquitos en un espacio experimental sellado y registraron sus trayectorias de vuelo en incrementos de 0,01 segundos utilizando dos cámaras infrarrojas. Los datos obtenidos de un total de 20 experimentos superan los 53 millones de puntos, con más de 400.000 trayectorias de vuelo registradas. Esto representa el conjunto de datos más grande jamás recopilado para un estudio que mide cuantitativamente el vuelo de los mosquitos.

El experimento comenzó fotografiando mosquitos volando alrededor de sujetos humanos, que vestían ropa de color oscuro. Esta observación reveló que Aedes aegypti Los mosquitos concentraban su aproximación hacia las cabezas humanas. Este fue un descubrimiento fundamental que sirvió como punto de partida para todo el estudio.

A continuación, los investigadores experimentaron con sujetos vestidos de negro por un lado y de blanco por el otro. Descubrieron que, aunque el dióxido de carbono y el olor corporal se emitían por igual desde ambos lados del cuerpo, las trayectorias de vuelo de los mosquitos se concentraban sólo en el lado negro. Aunque extraño a primera vista, este resultado demostró claramente que los estímulos visuales desempeñan un papel importante en la búsqueda de objetivos en un entorno sin viento.

Además, un análisis detallado de los mosquitos que vuelan en un entorno libre de estimulantes reveló que sus patrones de vuelo podrían clasificarse en dos tipos. Uno era el estado activo, en el que exploraban activamente el espacio manteniendo una velocidad de aproximadamente 0,7 metros por segundo. El otro era el estado inactivo, en el que volaban casi sin utilizar empuje. Se cree que el estado de inactividad es una etapa de preparación para el aterrizaje y se observó con mayor frecuencia cerca del techo del espacio experimental.

El análisis de las respuestas de los mosquitos a los estímulos visuales reveló que los mosquitos se sienten atraídos por los objetos oscuros y disminuyen la velocidad cuando se acercan a unos 40 centímetros. Sin embargo, sin señales adicionales como el olor corporal, la humedad o el calor, los mosquitos a menudo se alejaban incluso después de acercarse a su objetivo. Esto sugiere que los estímulos visuales por sí solos son insuficientes para inducir el aterrizaje y la succión de sangre.

La respuesta a las fuentes de dióxido de carbono fue completamente diferente. Los mosquitos que entraron en un radio de unos 40 centímetros de la fuente de dióxido de carbono repentinamente redujeron su velocidad a 0,2 m/s y comenzaron a volar erráticamente, balanceándose sin una dirección clara. Las simulaciones numéricas también mostraron que los mosquitos pueden detectar concentraciones de dióxido de carbono tan bajas como el 0,1 por ciento y que su rango de detección se extiende hasta aproximadamente 50 centímetros de la fuente.

Además, la respuesta de los mosquitos cambió aún más dramáticamente cuando se presentaron simultáneamente estímulos visuales y dióxido de carbono. Los mosquitos comenzaron a dar vueltas alrededor del objetivo y se concentraron significativamente más mosquitos cerca del objetivo que cuando se usaba cualquiera de los estímulos por sí solo.