まとめ： 研究者たちは、蚊、特にネッタイシマカは人間の皮膚から出る赤外線（IR）を感知し、宿主を見つける能力を高めていることを発見しました。この新たに特定された感覚は、二酸化炭素や人間の匂いなどの他の手がかりと組み合わせると、宿主を探す行動を倍増させます。
この研究により、蚊は赤外線を感知するために特定のタンパク質を使用していることが明らかになり、これらの昆虫が人間を見つける方法についての洞察が得られ、蚊が媒介する病気を制御するための新たな道が開かれました。
重要な事実:
- 蚊は人間の皮膚から放射される赤外線を感知し、それを宿主へと導きます。
- IR 検出は 2.5 フィート以内で最も効果的で、蚊の標的を絞りやすくなります。
- この IR 検出を理解することで、蚊の駆除方法を改善できる可能性があります。
ソース： カリフォルニア大学サンタバーバラ校
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、デング熱、黄熱病、ジカ熱などの病気を1億件以上引き起こすウイルスを拡散しています。
別の、 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。
ゆったりとした衣服は赤外線をあまり通さない。クレジット: DeBeaubien および Chandel 他
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、蚊の既知の感覚に赤外線検知という新たな感覚を加えた。人間の皮膚とほぼ同じ温度の赤外線放射が二酸化炭素と人間の匂いと組み合わさると、蚊の全体的な宿主探索行動は2倍になる。
蚊は宿主を探している間、圧倒的にこの赤外線源に向かって移動します。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ました。
結果はジャーナルに詳しく記載されている 自然。
「私たちが研究している蚊は、 ネッタイシマカ「この細菌は、人間の宿主を見つけるのが非常に上手です」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）のクレイグ・モンテル教授の研究室に所属する元大学院生で博士研究員の共同筆頭著者、ニコラス・ドゥボービアンは言う。
「この研究は、彼らがこれをどのように達成したかについて新たな光を当てています。」
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用して、遠くからホストに狙いを定めます。
「これには、吐き出した息からの二酸化炭素、匂い、視覚、 [convection] 「皮膚からの熱と体からの湿気」と、モンテル氏のグループで現在 UCSB のポスドク研究員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、これらの手がかりにはそれぞれ限界があります。」
蚊は視力が弱く、強風や宿主である人間の急激な動きによって化学感覚による追跡が妨げられる可能性がある。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指示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び去られる) と伝導 (直接接触による熱) です。
しかし、熱エネルギーは、一般的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することができます。IRは、当たったものを何でも加熱することができます。マムシなどの動物は、温かい獲物からの熱IRを感知することができ、研究チームは、蚊のような動物が、 ネッタイシマカも同様に可能です。
研究者たち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、皮膚温度の赤外線にもさらされたのは 1 つのゾーンだけだった。
熱源とチャンバーを隔てる障壁によって伝導と対流による熱交換が防止された。そして、静脈を探すかのように探りを入れ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でした」と DeBeaubien 氏は言います。「すべてのパラメータが適切に設定できたら、結果は紛れもなく明らかでした。」
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、赤外線信号のみを提示し、他の手がかりを与えずに熱赤外線が昆虫に与える影響だけを解明しようとするかもしれません。
「しかし、単一の刺激だけでは宿主探索活動を刺激しません。IR が効果を発揮するのは、二酸化炭素濃度の上昇や人間の体臭などの他の刺激との組み合わせにおいてのみです」と、分子細胞発生生物学のダガン名誉教授で著名なモンテル氏は言う。
実際、彼のチームは赤外線のみを使った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す。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ます。
約 700 ナノメートルより長い波長の電磁放射はロドプシンを活性化しません。また、体温から発生する赤外線は約 9,300 ナノメートルです。実際、これほど長い波長の放射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言います。しかし、赤外線を検出する別の方法があります。
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るのです」とモンテル氏は言う。
彼は、太陽から来る赤外線の波長は、発生源の温度によって異なるため、体温によって発生する赤外線の波長とは異なることを指摘しました。
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年にミバエを対象に行った以前の研究に基づいて、より敏感な温度受容体が存在する可能性があると考えました。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活性化されることを発見した。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た。
さらに調査を進めると、研究者らは、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 はより低い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源を組み込むことで、蚊取り器の有効性を高めることができる。
この研究結果は、なぜゆったりとした衣服が刺され防止に特に効果的であるかを説明するのにも役立ちます。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、皮膚と衣服の間で赤外線を拡散させ、蚊がそれを感知できないようにします。
「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、元 BASF のヴィンセント・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。
この神経科学研究ニュースについて
著者： ハリソン・タソフ
ソース： カリフォルニア大学サンタバーバラ校
接触： ハリソン・タソフ – カリフォルニア大学サンタバーバラ校
画像： この画像はDeBeaubienとChandelらによるものです。
オリジナル研究: オープンアクセス。
「熱赤外線がネッタイシマカの宿主探索行動を誘導するDeBeaubien と Chandel らによる「」 自然
抽象的な
熱赤外線がネッタイシマカの宿主探索行動を誘導する
蚊が媒介する病気は毎年何億人もの人々に影響を与えており、発展途上国に特に大きな影響を与えています。蚊の一種である ネッタイシマカ ネッタイシマカデング熱、黄熱病、ジカ熱を引き起こすウイルスの主な媒介生物です。
の魅力 ネッタイシマカ メスの蚊が人間に攻撃を仕掛けるには、中距離から長距離で感知される息からの二酸化炭素、皮膚から発せられる有機臭、視覚的な手がかり、そして非常に近距離で感知されるその他の手がかりなど、複数の手がかりを統合する必要がある。
ここで、手がかりを特定します ネッタイシマカ 人間を見つけるための感覚兵器の一部として使用される。 ネッタイシマカ 標的から放射される赤外線 (IR) を感知し、この情報を他の手がかりと組み合わせて、非常に効果的な中距離ナビゲーションに使用します。熱 IR の検出には、アンテナの先端のニューロンで発現する熱活性化チャネル TRPA1 が必要です。
これらのニューロンでは 2 つのオプシンが TRPA1 と共発現しており、低 IR 強度の検出を促進します。放射エネルギーがアンテナの端で局所的な加熱を引き起こし、それによって温度感覚ニューロンの温度感受性受容体が活性化されると考えられます。
熱赤外線放射が優れた中距離方向の手がかりであるという認識は、蚊が宿主を見つけるのにいかに優れた効率性を持っているかについての私たちの理解を広げます。
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#蚊は赤外線を使って人間を感知する
2024-08-25 13:32:50