mycteria/Shutterstock
In 2020 schatte de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) dat bijna de helft van de wereldbevolking risico liep op malaria, terwijl zo’n 627.000 mensen aan de ziekte stierven.
Hoewel er binnenkort misschien een malariavaccin beschikbaar zal zijn (de WHO heeft er vorig jaar een aanbevolen voor kinderen), is malaria slechts een van de vele door muggen overgebrachte ziekten. En het totale aantal door muggen veroorzaakte infecties zal ongetwijfeld stijgen naarmate de klimaatverandering de muggenpopulaties doet toenemen. Dus, om de ziektelast van malaria en andere door muggen overgebrachte ziektes te verminderen, moeten we doorgaan met het ontwikkelen van effectieve middelen om de muggenpopulaties onder controle te houden.
Een eerste doel is hun paring in de lucht. Het paringsritueel van muggen houdt in dat een mannetje een vliegend vrouwtje identificeert en achtervolgt door haar zwakke vluchttoon waar te nemen. Als het mannetje het vrouwtje niet goed kan horen, mislukt de achtervolging en kunnen ze niet paren. De voortplanting van muggen berust in grote mate op hun gehoor.
Wij bestudeerden het gedrag van muggen die malaria veroorzaken (de Anopheles gambiae soorten) om meer te begrijpen over hoe mannetjes luisteren naar vrouwtjes om zich van een partner te verzekeren. Onze resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.
Maar eerst een beetje achtergrond. Het mechanisme van het gehoor bij muggen is uniek, maar wordt slecht begrepen. De oren van beide geslachten zijn bijna doof voor elkaars vlieggeluiden, waarvan de frequenties gewoon te hoog zijn om hoorbaar te zijn. Om elkaar te kunnen horen, lenen ze een truc uit de fysica.
Wanneer mannelijke en vrouwelijke vlieggeluiden in een muggenoor samenkomen, creëren zij “fantoomtonen” met een lagere frequentie – en daarom hoorbaar – die vervormingsproducten worden genoemd. Vervormingsproducten bestaan alleen binnen het muggenoor en kunnen daarbuiten niet worden gehoord, of opgenomen.
Een mannetjesmug moet dus vliegen om een vliegend vrouwtje te kunnen horen. En zijn eigen vlieggeluid moet binnen een bepaald frequentiegebied liggen om bij een gegeven vrouwtje hoorbare vervormingsproducten op te wekken.
Lees meer:
Nieuw malariavaccin blijkt zeer effectief – en COVID laat zien hoe snel het ingezet zou kunnen worden
We hebben geluisterd naar de vluchttonen van mozzies
We hebben de vliegtonen (of “vleugelslagen”) van muggen opgenomen in broedstoven uitgerust met zeer gevoelige microfoons. Onze experimenten omvatten het bekijken van 100 mannetjes en 100 vrouwtjes in aparte broedstoven, individuele muggen (een mannetje of een vrouwtje, afzonderlijk), alsook een gemengde broedstoof, met 50 muggen van elk geslacht.
In de broedstoven probeerden wij de omstandigheden van hun natuurlijke omgeving na te bootsen met verlichting, en door de temperatuur en vochtigheid te regelen. Wij waren in staat om de frequentie van de vleugelslagen van de muggen te meten gedurende verschillende dagen en op verschillende tijdstippen van de dag.
We ontdekten dat mannelijke muggen, maar geen vrouwtjes, hun vluchttonen veranderden in een dagelijks patroon. Door ongeveer 1.5 keer sneller met hun vleugels te slaan dan de vrouwtjes doen, optimaliseren de mannetjes hun vermogen om een enkel vrouwtje te detecteren binnen drukke zwermen.
Meer dan een decennium geleden stelden wetenschappers een akoestische interactie tussen mannetjes en vrouwtjes voor en beschreven deze als “harmonische convergentie”. Hoewel zij dezelfde verhouding van vleugelslagen vaststelden die muggen van het andere geslacht in staat stellen elkaar te horen (het equivalent van 1,5 mannelijke vleugelslagen voor één vrouwelijke vleugelslag), ontdekten wij dat dit standaard gebeurt en eigenlijk geen interactie tussen de seksen vereist.
Muggen zwermen meestal in de schemering, en dan vindt de paring plaats.
VladKK/Shutterstock
Opmerkelijk is dat we ontdekten dat de mannetjes in de schemering sneller met hun vleugels sloegen dan op andere momenten van de dag. Dit is logisch omdat bij Anopheles gambiae muggen, de mannetjes voornamelijk vliegen rond de schemering wanneer ze paringszwermen vormen, vaak van 1.000 muggen of meer. Deze zwermen worden sporadisch bezocht door een paar maagdelijke vrouwtjes. Zoals je je kunt voorstellen, is het vinden van een paringspartner niet gemakkelijk.
De toename van de vleugelslag van de mannetjes in de schemering verandert de frequentie van de vervormingsproducten, die hoorbaarder worden voor het mannelijk oor dan die gemaakt worden op andere tijdstippen van de dag. Dus door hun vleugelslag aan te passen in de zwerm, zijn ze beter in staat om vrouwtjes te horen en vergroten ze hun kansen om er een te vinden om mee te paren.
De aanpassing van de vluchttoon van de mannetjes wordt gedeeltelijk aangedreven door hun circadiane klok. Sneller met hun vleugels slaan kost de mannetjes waarschijnlijk veel energie, dus beperken ze dit gedrag tot de tijd van het zwermen.
Wat betekenen onze bevindingen?
Het zal belangrijk zijn om gelijkaardige experimenten buiten het labo te herhalen, specifiek bij muggenzwermen in hun natuurlijke omgeving. We zijn hier al mee begonnen in Tanzania.
Toch openen deze bevindingen nieuwe wegen voor onderzoek naar de evolutionaire ecologie van het gehoor, het unieke gehoorsysteem bij muggen, en het gedrag van muggen in het algemeen.
Lees meer:
Muggenbeten: algemeen verkrijgbare huidcrème blijkt de verspreiding van dodelijke virussen te voorkomen – nieuw onderzoek
Zij zouden ook kunnen bijdragen aan de inspanningen om muggen te bestrijden. Als onderdeel van programma’s om vectoren onder controle te houden, worden er gemuteerde mannetjes in het wild losgelaten om lokale muggenpopulaties in te laten storten. Mutante mannetjesmuggen zijn genetisch gemodificeerd zodat wanneer ze paren met een vrouwtje, de nakomelingen niet levensvatbaar zijn en zullen sterven.
De paringsefficiëntie in deze context is sterk afhankelijk van het vermogen van de vrijgelaten mannetjes om de “inwonende” vrouwtjes te horen. Onze resultaten suggereren dat om een succesvol programma op te zetten, het belangrijk kan zijn om de vliegtonendistributie van mannetjes en vrouwtjes te beoordelen, naast het gehoorbereik van de mannetjes, alvorens de gemuteerde muggen vrij te laten.
Dit zou een interventie versterken door er zeker van te zijn dat de paringsefficiëntie van de mutanten optimaal is – in essentie dat zij kunnen concurreren met de inwonende mannetjesmuggen om de inwonende vrouwtjes te identificeren en met hen te paren.
Joerg T Albert ontving financiering van de Europese Onderzoeksraad (ERC) in het kader van het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 (subsidieovereenkomst nr. 648709) en via een pump-priming award van de Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) Vector Borne Disease (VBD) Network ANTI-VeC (AV/PP/0028/1), een UCL Global Challenges Research Fund (GCRF) small grant, een BBSRC responsive mode grant (BB/V007866/1) en een Programme Grant van het Human Frontier Science Programme (RGP0033/2021). Hij is verbonden aan het Francis Crick Institute (Londen, UK).
Alex Alampounti is verbonden aan het Francis-Crick Instituut (Londen, UK).
Marcos Georgiades is verbonden aan het Francis Crick Instituut (Londen, VK).