چگونه پشه‌ها با استفاده از دید مادون قرمز انسان‌ها را ردیابی می‌کنند؟

گونه دیگری از پشه‌ها به نام Anopheles gambiae انگل مولد مالاریا را منتقل می‌کنند که منجر به بیش از ۴۰۰ هزار مرگ سالانه می‌شود، طبق گزارش سازمان بهداشت جهانی. این آمار، پشه‌ها را به عنوان مرگبارترین حیوانات شناخته کرده است.

چگونه پشه‌ها میزبان‌های خود را پیدا می‌کنند

پشه‌های نر بی‌ضرر هستند، اما پشه‌های ماده برای توسعه تخم‌ها نیاز به خون دارند. به همین دلیل، دانشمندان بیش از یک قرن است که در حال تلاش برای درک چگونگی پیدا کردن میزبان توسط پشه‌ها هستند.

از طریق این پژوهش‌ها، کارشناسان دریافته‌اند که پشه‌ها به یک سرنخ تکیه نمی‌کنند؛ بلکه از ترکیبی از حواس مختلف در فواصل متفاوت برای یافتن هدف‌های خود استفاده می‌کنند.

یک تیم به رهبری پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا (UCSB) اکنون یک حس جدید به قابلیت‌های شناخته شده پشه‌ها اضافه کرده است: تشخیص مادون قرمز.

آنها دریافتند که تشعشعات مادون قرمز از یک منبع با دمای تقریبی دمای پوست انسان، زمانی که با CO2 و بوی انسان ترکیب می‌شود، رفتار جستجوی میزبان در پشه‌ها را دو برابر می‌کند.

ترجیح قوی برای منبع مادون قرمز

پشه‌ها در فعالیت‌های جستجوی میزبان خود ترجیح زیادی برای منبع مادون قرمز نشان دادند. پژوهشگران همچنین محل وقوع این تشخیص مادون قرمز و چگونگی عملکرد آن در سطح‌های مورفولوژیکی و بیوشیمیایی را شناسایی کردند.

نیکلاس دِبِیُوبین یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه و دانشجوی سابق و محقق پسادکتری در آزمایشگاه پروفسور کریگ مونتل در UCSB: “پشه‌ای که ما مطالعه می‌کنیم، Aedes aegypti، در یافتن میزبان‌های انسانی به‌طور استثنایی ماهر است”. “این کار نوری تازه بر چگونگی دستیابی آنها به این توانایی می‌افکند.”

تشخیص میزبان‌های جدید از فاصله دور

به‌خوبی شناخته شده است که پشه‌هایی مانند Aedes aegypti از سرنخ‌های متعددی برای یافتن میزبان‌های خود از فاصله دور استفاده می‌کنند.

آویناش چاندل یکی از نویسندگان اصلی و پژوهشگر فعلی پسادکتری در گروه مونتل در UCSB:‌ “این سرنخ‌ها شامل CO2 از نفس‌های ما، بوها، دید، گرمای ناشی از پوست ما و رطوبت بدن ما هستند”. “با این حال، هر یک از این سرنخ‌ها محدودیت‌هایی دارند.”

این حشرات دید ضعیفی دارند و بادهای شدید یا حرکات سریع می‌تواند توانایی آنها را در ردیابی سیگنال‌های شیمیایی مختل کند.

با توجه به این محدودیت‌ها، پژوهشگران به این فکر افتادند که آیا پشه‌ها می‌توانند یک سرنخ جهت‌دار مطمئن‌تر، مانند تشعشعات مادون قرمز را تشخیص دهند.

لباس‌های گشاد کمتر اشعه مادون قرمز را از خود عبور می‌دهند، همان‌طور که در این تصویر نشان داده شده است. در فاصله حدود ۱۰ سانتی‌متر، پشه‌ها می‌توانند گرمای تابشی از پوست ما را تشخیص دهند. آنها همچنین می‌توانند دمای پوست ما را زمانی که روی آن فرود می‌آیند حس کنند.

این توانایی‌ها با دو نوع از سه نوع انتقال حرارت مطابقت دارد: انتقال همرفتی (انتقال حرارت از طریق هوا) و انتقال رسانایی (انتقال حرارت از طریق تماس مستقیم).

با این حال، انرژی حرارتی می‌تواند در مسافت‌های طولانی‌تر نیز زمانی که به امواج الکترومغناطیسی، معمولاً در طیف مادون قرمز (IR)، تبدیل می‌شود، سفر کند. حیواناتی مانند مارهای گودال می‌توانند IR حرارتی را از طعمه‌های گرم خود تشخیص دهند، بنابراین تیم پژوهشی فکر کرد که آیا پشه‌ها، مانند Aedes aegypti، نیز می‌توانند همین کار را انجام دهند.

تمرکز مطالعه

پژوهشگران پشه‌های ماده را در محیطی کنترل شده قرار دادند و رفتار جستجوی میزبان آنها را در دو ناحیه اندازه‌گیری کردند.

هر دو ناحیه در معرض بوهای انسانی و CO2 با غلظتی مشابه با آنچه ما بازدم می‌کنیم قرار گرفتند. با این حال، تنها یکی از نواحی همچنین در معرض IR از یک منبع با دمای پوست قرار گرفت.

از یک مانع برای جلوگیری از تبادل حرارت از طریق رسانایی و همرفت استفاده شد. سپس پژوهشگران تعداد پشه‌هایی را که شروع به کاوش کردند، مانند زمانی که به دنبال رگ می‌گردند، شمردند.

تشعشعات مادون قرمز و رفتار پشه‌ها

اضافه کردن تشعشعات مادون قرمز حرارتی از یک منبع ۳۴ درجه سانتی‌گراد (تقریباً دمای پوست) فعالیت جستجوی میزبان پشه‌ها را دو برابر کرد و تشعشعات مادون قرمز را به عنوان یک حس جدید مستند که پشه‌ها برای یافتن انسان‌ها استفاده می‌کنند، شناسایی کرد. تیم دریافت که این حس تا حدود ۷۰ سانتی‌متر (۲.۵ فوت) مؤثر باقی می‌ماند.

چگونه پشه‌ها مادون قرمز را تشخیص می‌دهند؟

تشخیص مادون قرمز حرارتی برای پشه‌ها مانند تشخیص نور مرئی امکان‌پذیر نیست زیرا انرژی IR برای فعال‌سازی پروتئین‌های رُدپسین که نور مرئی را در چشم‌های حیوانات تشخیص می‌دهند، بسیار کم است.

اشعه الکترومغناطیسی با طول موج بیشتر از حدود ۷۰۰ نانومتر نمی‌تواند رُدپسین را فعال کند و IR ایجاد شده از گرمای بدن حدود ۹۳۰۰ نانومتر است.

گرمای بدن انسان و نورون‌های پشه

پژوهشگران فرض کردند که گرمای بدن ما که IR تولید می‌کند، ممکن است برخی از نورون‌های پشه را تحت تأثیر قرار دهد و آنها را با گرم کردن فعال کند. این امر به پشه‌ها این امکان را می‌دهد که تابش را به طور غیرمستقیم تشخیص دهند.

دانشمندان می‌دانستند که نوک‌های آنتن‌های پشه‌ها حاوی نورون‌های حساس به حرارت هستند. تیم دریافت که برداشتن این نوک‌ها توانایی پشه‌ها در تشخیص تشعشعات مادون قرمز را از بین می‌برد.

حساسیت پشه به تشعشعات مادون قرمز

حذف TRPA1 حساسیت پشه به تشعشعات مادون قرمز را از بین برد. اما پشه‌هایی با نقص در هر یک از رُدپسین‌ها، Op1 یا Op2، تحت تأثیر قرار نگرفتند.

حتی حذف هر دو رُدپسین با هم حساسیت پشه‌ها به IR را به‌طور کامل از بین نبرد، اگرچه آن را به طور قابل توجهی تضعیف کرد.

کاربردهای گسترده‌تر این مطالعه

علاوه بر این، تغییرات اقلیمی و سفرهای جهانی محدوده Aedes aegypti را فراتر از کشورهای گرمسیری و نیمه‌گرمسیری گسترش داده است و این پشه‌ها را به مناطقی در ایالات متحده، مانند کالیفرنیا، که چند سال پیش در آنجا یافت نمی‌شدند، آورده است.

کشف تیم پژوهشی می‌تواند به بهبود روش‌های کنترل جمعیت پشه‌ها کمک کند. برای مثال، ترکیب IR حرارتی از منابع نزدیک به دمای پوست می‌تواند دام‌های پشه را مؤثرتر کند.

این یافته‌ها همچنین به توضیح این که چرا لباس‌های گشاد به‌طور خاص در جلوگیری از نیش‌ها مؤثر هستند کمک می‌کنند. لباس‌های گشاد نه تنها مانع از دسترسی پشه‌ها به پوست ما می‌شوند، بلکه همچنین اجازه می‌دهند که IR بین پوست و لباس‌ها پراکنده شود و تشخیص پشه‌ها را دشوارتر کند.

پژوهش‌های آینده

این مطالعه برای اولین بار شواهد قوی در مورد استفاده پشه‌ها از تشعشعات مادون قرمز برای تشخیص میزبان‌ها ارائه می‌دهد، اما همچنان سوالات زیادی باقی مانده است.

دانشمندان می‌خواهند بدانند که آیا دیگر گونه‌های پشه نیز توانایی مشابهی دارند یا خیر و چگونه این سیستم می‌تواند در شرایط طبیعی تر، مانند نیش زدن در فضای باز، تأثیرگذار باشد.