蚊に刺されることは一時的な不快感に過ぎないことが多いですが、世界の多くの地域では恐ろしいこともあります。 ネッタイシマカ毎年1億件以上のデング熱、黄熱病、ジカ熱などの病気を引き起こすウイルスを拡散しています。 ハマダラカマラリアを引き起こす寄生虫を広めます。世界保健機関は、マラリアだけで毎年 40 万人以上の死者を出していると推定しています。実際、病気を媒介する能力により、蚊は最も危険な動物という称号を得ています。
オスの蚊は無害ですが、メスは卵の発育のために血液を必要とします。蚊が宿主を見つける方法について 100 年以上も綿密な研究が行われてきたのも不思議ではありません。その間、科学者たちは、これらの昆虫が頼りにしている単一の手がかりはないということを発見しました。その代わりに、蚊はさまざまな距離にあるさまざまな感覚からの情報を統合します。
カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者が率いるチームは、蚊の記録されたレパートリーに赤外線検知という別の感覚を加えた。人間の皮膚とほぼ同じ温度の赤外線放射源は、二酸化炭素と人間の匂いと組み合わせると、蚊の全体的な宿主探索行動を2倍にした。宿主探索中に、蚊は圧倒的にこの赤外線源に向かって進んだ。研究者らはまた、この赤外線検出器がどこにあり、それが形態学的および生化学的レベルでどのように機能するかを発見した。結果はジャーナルに詳しく掲載されている。 自然。
私たちが研究している蚊は、 ネッタイシマカは人間の宿主を見つけるのに非常に長けています。この研究は、彼らがどのようにしてこれを達成するのかという点に新たな光を当てています。」
ニコラス・ドゥボービアン、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究共同主執筆者および科学者
熱赤外線誘導
蚊が好むのは ネッタイシマカ ネッタイシマカ 複数の手がかりを使って遠くから宿主に狙いを定める。「これには、吐き出した息の二酸化炭素、匂い、視覚などが含まれます。 [convection] 「蚊は、皮膚からの熱や体からの湿気といった、さまざまな刺激を感知します」と、モンテル氏のグループで現在 UCSB のポスドクを務める共同筆頭著者のアビナッシュ・シャンデル氏は説明する。「しかし、こうした刺激にはそれぞれ限界があります。」昆虫は視力が弱く、強風や宿主である人間の急速な動きによって、化学感覚の追跡が狂う可能性がある。そこで著者らは、蚊が赤外線のような、より信頼性の高い方向刺激を感知できるのではないかと考えた。
約 10 cm 以内であれば、これらの昆虫は皮膚から上昇する熱を感知できます。また、着地すると皮膚の温度を直接感じることができます。この 2 つの感覚は、3 種類の熱伝達のうち 2 つに対応しています。対流 (空気などの媒体によって熱が運ばれる) と伝導 (直接接触による熱) です。しかし、熱エネルギーは、一般にスペクトルの赤外線 (IR) 範囲の電磁波に変換されると、より長い距離を移動できます。IR は、当たったものを何でも加熱できます。マムシなどの動物は、温かい獲物からの熱 IR を感知できます。研究チームは、蚊などの動物が、 ネッタイシマカできるでしょう。
研究者らはメスの蚊をケージに入れ、2 つのゾーンで宿主探索活動を測定した。各ゾーンは、人間の吐き出す息と同じ濃度の人間の匂いと二酸化炭素にさらされた。しかし、皮膚温度の赤外線源にさらされたのは 1 つのゾーンのみだった。赤外線源とケージを隔てる障壁により、伝導と対流による熱交換が防止された。その後、静脈を探しているかのように探り始めた蚊の数を数えた。
34℃（皮膚温度程度）の熱赤外線を加えると、蚊の宿主探索活動は2倍になった。これにより、赤外線放射は蚊が人間の居場所を見つけるために使用する感覚として新たに記録された。そして研究チームは、赤外線放射が約70cm（2.5フィート）まで有効であることを発見した。
「この研究で最も印象に残ったのは、IR がいかに強力な手がかりとなるかということだ」と DeBeaubien 氏は言う。「すべてのパラメータを正しく設定すると、結果は紛れもなく明らかになった」
これまでの研究では、熱赤外線が蚊の行動に与える影響は観察されていませんでしたが、主任著者のクレイグ・モンテル氏は、これは方法論の問題だと考えています。熱心な科学者であれば、赤外線信号のみを他の手がかりなしで提示することで、熱赤外線が昆虫に与える影響を特定しようとするかもしれません。「しかし、単一の手がかりだけでは、宿主探索活動を刺激することはできません。赤外線が効果を発揮するのは、二酸化炭素濃度の上昇や人間の匂いなどの他の手がかりがある場合のみです」と、分子細胞発生生物学のダガン名誉教授で特別教授のモンテル氏は述べました。実際、彼のチームは赤外線のみのテストでも同じことを発見しました。赤外線だけでは影響がないのです。
赤外線を感知するトリック
蚊が可視光線を感知するのと同じように熱赤外線を感知することは不可能である。赤外線のエネルギーは、動物の目にある可視光線を感知するロドプシンタンパク質を活性化するには低すぎる。波長が約 700 ナノメートルより長い電磁放射線はロドプシンを活性化せず、体温から発生する赤外線は約 9,300 ナノメートルである。実際、これほど長い波長の放射線によって活性化されるタンパク質は知られていないとモンテル氏は述べた。しかし、赤外線を感知する方法は他にもある。
太陽から放射される熱を考えてみましょう。熱は赤外線に変換され、空間を流れていきます。赤外線が地球に到達すると、大気中の原子に衝突し、エネルギーを伝達して地球を温めます。「熱が電磁波に変換され、それが再び熱に変換されます」とモンテル氏は言います。彼は、太陽から放射される赤外線の波長は、光源の温度によって決まるため、体温によって発生する赤外線の波長とは異なると指摘しました。
著者らは、赤外線を発生させる人間の体温が蚊の特定のニューロンに当たり、加熱することで活性化するのではないかと考えた。これにより、蚊は間接的に放射線を検知できるようになる。
科学者たちは、蚊の触角の先端に熱を感知するニューロンがあることを知っていました。そして研究チームは、この先端を取り除くと蚊の赤外線感知能力が失われることを発見しました。
実際、別の研究室では触角の先端に温度感受性タンパク質TRPA1を発見した。そしてUCSBのチームは、機能的なTRPA1を持たない動物が trpA1 タンパク質をコードする遺伝子はIRを検出できませんでした。
各アンテナの先端には、放射線を感知するのに適したペグインピット構造があります。ピットは伝導熱と対流熱からペグを保護し、非常に指向性の高い赤外線が構造に入り込み、それを温めます。次に、蚊は本質的に温度センサーである TRPA1 を使用して赤外線を検出します。
生化学への挑戦
熱活性化 TRPA1 チャネルの活性だけでは、蚊が赤外線を検知できる範囲を完全に説明できない可能性があります。このタンパク質のみに依存するセンサーは、チームが観察した 70 cm の範囲では役に立たない可能性があります。この距離では、ペグインピット構造によって収集される赤外線は、TRPA1 を活性化するのに十分な熱を発するほどには十分ではない可能性があります。
幸いなことに、モンテルのグループは、2011 年のショウジョウバエに関する以前の研究に基づいて、より敏感な温度受容体があるかもしれないと考えました。彼らは、温度のわずかな上昇に非常に敏感なロドプシン ファミリーのタンパク質をいくつか発見していました。ロドプシンはもともと光検出器としてのみ考えられていましたが、モンテルのグループは、特定のロドプシンがさまざまな刺激によって作動することを発見しました。彼らは、このグループのタンパク質が非常に多用途で、視覚だけでなく、味覚や温度の感知にも関与していることを発見しました。さらに調査を進めると、研究者は、蚊に見られる 10 種類のロドプシンのうち 2 種類が TRPA1 と同じ触角ニューロンで発現していることを発見しました。
TRPA1 をノックアウトすると、蚊の IR に対する感受性は消失しました。しかし、ロドプシン Op1 または Op2 のいずれかに欠陥がある昆虫は影響を受けませんでした。両方のロドプシンを同時にノックアウトしても、感覚は大幅に弱まりましたが、動物の IR に対する感受性が完全に消失することはありませんでした。
研究結果によると、より強い熱赤外線（蚊が近距離（例えば約 1 フィート）で経験するようなもの）は TRPA1 を直接活性化します。一方、Op1 と Op2 は低レベルの熱赤外線でも活性化し、間接的に TRPA1 を刺激します。人間の皮膚温度は一定であるため、TRPA1 の感度を拡張すると、蚊の赤外線センサーの範囲が実質的に約 2.5 フィートまで拡張されます。
戦術的優位性
世界の人口の半分が蚊媒介性疾患の危険にさらされており、毎年約10億人が感染しているとチャンデル氏は述べた。さらに、気候変動と世界的な旅行により、蚊の生息範囲が拡大している。 ネッタイシマカ 熱帯および亜熱帯諸国を超えて、これらの蚊はカリフォルニアを含む、ほんの数年前には見られなかった米国の場所でも現在見られるようになっています。
研究チームの発見は、蚊の個体数を抑制する方法を改善する方法を提供する可能性がある。例えば、皮膚温度付近の熱赤外線を組み込むことで、蚊取り器の有効性を高めることができる。また、この発見は、ゆったりとした衣服が刺されを防ぐのに特に効果的である理由を説明するのにも役立つ。ゆったりとした衣服は、蚊が皮膚に近づくのを防ぐだけでなく、赤外線が皮膚と衣服の間で拡散し、蚊がそれを感知できないようにする。
「蚊は体が小さいにもかかわらず、他のどの動物よりも多くの人間の死因となっている」とドゥボービアン氏は言う。「私たちの研究は、蚊がどのように人間を狙うかについての理解を深め、蚊が媒介する病気の伝染を制御するための新たな可能性を提供する」
さらに、モンテルチームに加えて、以前 BASF に勤務していたヴィンセント・サルガド氏とその学生のアンドレアス・クルムホッツ氏もこの研究に貢献しました。
ソース：
ジャーナル参照:
シャンデル、A.、 等 (2024) 熱赤外線がネッタイシマカの宿主探索行動を誘導する。 自然。 doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5
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#蚊は宿主を探すために赤外線を感知する
2024-08-23 04:36:00