Ερευνητές ανέπτυξαν μαθηματικό μοντέλο βασισμένο σε 20 εκατομμύρια δεδομένα πτήσης κουνουπιών, αποκαλύπτοντας πώς τα θηλυκά κουνούπια εντοπίζουν ανθρώπους μέσω συνδυασμού διοξειδίου του άνθρακα και οπτικών σημάτων
Μετά την παρατήρηση εκατοντάδων κουνουπιών που περιστρέφονταν γύρω από έναν ανθρώπινο στόχο και την ανάλυση περίπου 20 εκατομμυρίων δεδομένων, ερευνητές από το Georgia Tech και το Massachusetts Institute of Technology ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο που προβλέπει πώς τα θηλυκά κουνούπια εντοπίζουν και πλησιάζουν τους ανθρώπους για να τραφούν.
Η εργασία αυτή παρέχει την πρώτη λεπτομερή οπτικοποίηση της συμπεριφοράς πτήσης των κουνουπιών και προσφέρει μετρήσιμες γνώσεις που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τις μεθόδους παγίδευσης και ελέγχου.
Τα κουνούπια είναι κάτι περισσότερο από μια ενόχληση. Μεταδίδουν ασθένειες όπως ελονοσία, κίτρινο πυρετό και ιό Zika, οι οποίες συνολικά προκαλούν περισσότερους από 700.000 θανάτους κάθε χρόνο.
Η ομάδα δημιούργησε επίσης έναν διαδραστικό δημόσιο ιστότοπο που επιτρέπει στους χρήστες να εξερευνούν την κίνηση και τη συμπεριφορά των κουνουπιών.
Παρακολούθηση κίνησης με 3D κάμερες
Για να μελετήσουν πώς τα κουνούπια κινούνται, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν 3D υπέρυθρες κάμερες για να καταγράψουν πώς τα έντομα ανταποκρίνονταν σε οπτικά σήματα και διοξείδιο του άνθρακα γύρω από αντικείμενα.
Στη συνέχεια τοποθέτησαν έναν άνθρωπο μέσα σε ελεγχόμενη θάλαμο, άλλαξαν τα χρώματα των ρούχων του και κατέγραψαν πώς κινούνταν τα κουνούπια γύρω του.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Science Advances, επικεντρώθηκαν στα θηλυκά Aedes aegypti κουνούπια (γνωστά και ως yellow fever mosquitoes), ένα είδος που βρίσκεται στις νοτιοανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες, στην California και σε πολλές περιοχές παγκοσμίως.
Σμήνη κουνουπιών καθοδηγούμενα από κοινά σήματα
Τα δεδομένα δείχνουν ότι τα κουνούπια δεν συγκεντρώνονται ακολουθώντας το ένα το άλλο. Αντίθετα, κάθε έντομο αντιδρά ανεξάρτητα στα ίδια περιβαλλοντικά ερεθίσματα, γεγονός που τα οδηγεί να φτάνουν στο ίδιο σημείο περίπου την ίδια στιγμή.
«Είναι σαν ένα γεμάτο μπαρ», είπε ο David Hu, καθηγητής στο Georgia Tech’s George W. Woodruff School of Mechanical Engineering και School of Biological Sciences.
«Οι πελάτες δεν είναι εκεί επειδή ακολούθησαν ο ένας τον άλλο. Τους ελκύουν τα ίδια ερεθίσματα: ποτά, μουσική και ατμόσφαιρα. Το ίδιο ισχύει για τα κουνούπια. Αντί να ακολουθούν τον "ηγέτη", ακολουθούν τα σήματα και τυχαίνει να φτάνουν στο ίδιο σημείο. Είναι σαν μικρά ρομπότ. Απλώς έπρεπε να βρούμε τους κανόνες τους».
Οπτικά σήματα και CO₂
Οι ερευνητές διεξήγαγαν τρία πειράματα με διαφορετικούς στόχους και επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα.
Στην πρώτη δοκιμή, μια μαύρη σφαίρα προσέλκυε κουνούπια μόνο όταν ήδη κατευθύνονταν προς αυτήν. Αφού έφταναν, συνήθως δεν παρέμεναν.
Όταν η μαύρη επιφάνεια αντικαταστάθηκε από λευκή και προστέθηκε CO₂, τα κουνούπια εντόπιζαν την πηγή μόνο από κοντινή απόσταση και συχνά σταματούσαν στιγμιαία, σαν να "ξανασκέφτονταν" τον στόχο.
Όταν συνδυάστηκαν και τα δύο (μαύρο αντικείμενο και CO₂), το αποτέλεσμα ήταν πολύ ισχυρότερο: τα κουνούπια συγκεντρώνονταν σε μεγάλους αριθμούς, παρέμεναν στην περιοχή και επιχειρούσαν να τραφούν.
«Οι προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι οπτικά σήματα και το διοξείδιο του άνθρακα προσελκύουν τα κουνούπια. Αλλά δεν ξέραμε πώς τα συνδυάζουν για να αποφασίσουν πού θα πάνε», είπε ο Christopher Zuo.
Πειράματα σε άνθρωπο
Μετά την αναγνώριση της σημασίας των στατικών οπτικών σημάτων, ο Zuo δοκίμασε τη συμπεριφορά πάνω του μέσα σε ειδικό θάλαμο κουνουπιών. Φόρεσε διαφορετικά ρούχα: ολόμαυρα, ολόλευκα και συνδυασμούς.
Στεκόμενος με τα χέρια ανοιχτά, επέτρεψε σε δεκάδες κουνούπια να τον περικυκλώσουν ενώ κάμερες κατέγραφαν τις τροχιές τους. Τα δεδομένα αναλύθηκαν αργότερα στο MIT.
Τα κουνούπια συμπεριφέρονταν σαν ο άνθρωπος να ήταν απλώς ένα ακόμη αντικείμενο. Οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις εμφανίζονταν γύρω από το κεφάλι και τους ώμους.
Ο Zuo φορούσε μακρυμάνικη μπλούζα, παντελόνι και κάλυμμα κεφαλής. Ανέφερε ότι δεν τον τσίμπησαν συχνά.
Διαδραστικό μοντέλο
Το μοντέλο και ο ιστότοπος επιτρέπουν στους χρήστες να δουν πώς τα κουνούπια αλλάζουν πορεία, επιταχύνουν ή επιβραδύνουν ανάλογα με CO₂ και οπτικά σήματα.
Μπορούν επίσης να ανεβάσουν δικές τους εικόνες ως στόχους.
Επιπτώσεις για τον έλεγχο κουνουπιών
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα αποτελέσματα μπορούν να βελτιώσουν στρατηγικές καταπολέμησης.
«Μια τακτική είναι οι παγίδες αναρρόφησης με συνεχή CO₂ ή φως», είπε ο Zuo. «Η μελέτη μας δείχνει ότι ίσως είναι καλύτερο να χρησιμοποιούνται διαλείποντα και να ενεργοποιείται η αναρρόφηση περιοδικά, επειδή τα κουνούπια δεν παραμένουν στον στόχο όταν δεν υπάρχουν ταυτόχρονα και τα δύο ερεθίσματα».
www.bankingnews.gr
Η εργασία αυτή παρέχει την πρώτη λεπτομερή οπτικοποίηση της συμπεριφοράς πτήσης των κουνουπιών και προσφέρει μετρήσιμες γνώσεις που θα μπορούσαν να βελτιώσουν τις μεθόδους παγίδευσης και ελέγχου.
Τα κουνούπια είναι κάτι περισσότερο από μια ενόχληση. Μεταδίδουν ασθένειες όπως ελονοσία, κίτρινο πυρετό και ιό Zika, οι οποίες συνολικά προκαλούν περισσότερους από 700.000 θανάτους κάθε χρόνο.
Η ομάδα δημιούργησε επίσης έναν διαδραστικό δημόσιο ιστότοπο που επιτρέπει στους χρήστες να εξερευνούν την κίνηση και τη συμπεριφορά των κουνουπιών.
Παρακολούθηση κίνησης με 3D κάμερες
Για να μελετήσουν πώς τα κουνούπια κινούνται, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν 3D υπέρυθρες κάμερες για να καταγράψουν πώς τα έντομα ανταποκρίνονταν σε οπτικά σήματα και διοξείδιο του άνθρακα γύρω από αντικείμενα.
Στη συνέχεια τοποθέτησαν έναν άνθρωπο μέσα σε ελεγχόμενη θάλαμο, άλλαξαν τα χρώματα των ρούχων του και κατέγραψαν πώς κινούνταν τα κουνούπια γύρω του.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Science Advances, επικεντρώθηκαν στα θηλυκά Aedes aegypti κουνούπια (γνωστά και ως yellow fever mosquitoes), ένα είδος που βρίσκεται στις νοτιοανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες, στην California και σε πολλές περιοχές παγκοσμίως.
Σμήνη κουνουπιών καθοδηγούμενα από κοινά σήματα
Τα δεδομένα δείχνουν ότι τα κουνούπια δεν συγκεντρώνονται ακολουθώντας το ένα το άλλο. Αντίθετα, κάθε έντομο αντιδρά ανεξάρτητα στα ίδια περιβαλλοντικά ερεθίσματα, γεγονός που τα οδηγεί να φτάνουν στο ίδιο σημείο περίπου την ίδια στιγμή.
«Είναι σαν ένα γεμάτο μπαρ», είπε ο David Hu, καθηγητής στο Georgia Tech’s George W. Woodruff School of Mechanical Engineering και School of Biological Sciences.
«Οι πελάτες δεν είναι εκεί επειδή ακολούθησαν ο ένας τον άλλο. Τους ελκύουν τα ίδια ερεθίσματα: ποτά, μουσική και ατμόσφαιρα. Το ίδιο ισχύει για τα κουνούπια. Αντί να ακολουθούν τον "ηγέτη", ακολουθούν τα σήματα και τυχαίνει να φτάνουν στο ίδιο σημείο. Είναι σαν μικρά ρομπότ. Απλώς έπρεπε να βρούμε τους κανόνες τους».
Οπτικά σήματα και CO₂
Οι ερευνητές διεξήγαγαν τρία πειράματα με διαφορετικούς στόχους και επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα.
Στην πρώτη δοκιμή, μια μαύρη σφαίρα προσέλκυε κουνούπια μόνο όταν ήδη κατευθύνονταν προς αυτήν. Αφού έφταναν, συνήθως δεν παρέμεναν.
Όταν η μαύρη επιφάνεια αντικαταστάθηκε από λευκή και προστέθηκε CO₂, τα κουνούπια εντόπιζαν την πηγή μόνο από κοντινή απόσταση και συχνά σταματούσαν στιγμιαία, σαν να "ξανασκέφτονταν" τον στόχο.
Όταν συνδυάστηκαν και τα δύο (μαύρο αντικείμενο και CO₂), το αποτέλεσμα ήταν πολύ ισχυρότερο: τα κουνούπια συγκεντρώνονταν σε μεγάλους αριθμούς, παρέμεναν στην περιοχή και επιχειρούσαν να τραφούν.
«Οι προηγούμενες μελέτες είχαν δείξει ότι οπτικά σήματα και το διοξείδιο του άνθρακα προσελκύουν τα κουνούπια. Αλλά δεν ξέραμε πώς τα συνδυάζουν για να αποφασίσουν πού θα πάνε», είπε ο Christopher Zuo.
Πειράματα σε άνθρωπο
Μετά την αναγνώριση της σημασίας των στατικών οπτικών σημάτων, ο Zuo δοκίμασε τη συμπεριφορά πάνω του μέσα σε ειδικό θάλαμο κουνουπιών. Φόρεσε διαφορετικά ρούχα: ολόμαυρα, ολόλευκα και συνδυασμούς.
Στεκόμενος με τα χέρια ανοιχτά, επέτρεψε σε δεκάδες κουνούπια να τον περικυκλώσουν ενώ κάμερες κατέγραφαν τις τροχιές τους. Τα δεδομένα αναλύθηκαν αργότερα στο MIT.
Τα κουνούπια συμπεριφέρονταν σαν ο άνθρωπος να ήταν απλώς ένα ακόμη αντικείμενο. Οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις εμφανίζονταν γύρω από το κεφάλι και τους ώμους.
Ο Zuo φορούσε μακρυμάνικη μπλούζα, παντελόνι και κάλυμμα κεφαλής. Ανέφερε ότι δεν τον τσίμπησαν συχνά.
Διαδραστικό μοντέλο
Το μοντέλο και ο ιστότοπος επιτρέπουν στους χρήστες να δουν πώς τα κουνούπια αλλάζουν πορεία, επιταχύνουν ή επιβραδύνουν ανάλογα με CO₂ και οπτικά σήματα.
Μπορούν επίσης να ανεβάσουν δικές τους εικόνες ως στόχους.
Επιπτώσεις για τον έλεγχο κουνουπιών
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα αποτελέσματα μπορούν να βελτιώσουν στρατηγικές καταπολέμησης.
«Μια τακτική είναι οι παγίδες αναρρόφησης με συνεχή CO₂ ή φως», είπε ο Zuo. «Η μελέτη μας δείχνει ότι ίσως είναι καλύτερο να χρησιμοποιούνται διαλείποντα και να ενεργοποιείται η αναρρόφηση περιοδικά, επειδή τα κουνούπια δεν παραμένουν στον στόχο όταν δεν υπάρχουν ταυτόχρονα και τα δύο ερεθίσματα».
www.bankingnews.gr
Σχόλια αναγνωστών