„Četiri minuta je predugo“: Bizaran eksperiment sa 100 gladnih komaraca otkrio tajne leta krvopija (ANKETA)

„‚Četiri minuta je predugo.‘ To je poruka koju mi je poslao student Kris Zuo uz fotografije bezbrojnih ujeda komaraca na njegovoj goloj koži. Ovaj ‚masakr‘ po celom telu nije bio rezultat neuspelog kampovanja. On je to ograničeno vreme proveo u prostoriji sa 100 gladnih komaraca, noseći samo mrežasto odelo za koje smo mislili da će ga zaštititi. Tako je počelo naše trogodišnje putovanje u pokušaju da razumemo ponašanje varljivo jednostavnog insekta – komarca,“ NAPISAO JE Dejvid Hu, profesor mašinskog inženjerstva, biologije i fizike na Tehnološkom institutu Džordžije (Džordžija teku), u tekstu za The Conversation, koji prenosimo u celosti.

„Možda zvuči kao profesorov sadistički plan, ali smo, zapravo, sve uradili po propisima. Institucionalni revizorski odbor našeg univerziteta odobrio je naše procedure, postaravši se da Kris bude bezbedan i da ni na koji način ne bude primoran. Komarci su bili bez zaraza i autohtoni za našu matičnu Džordžiju. Ova sesija rezultirala je prvim i poslednjim ujedima koje je iko dobio tokom studije.

Pored moje uloge mučitelja studenata, ja sam autor i profesor na Džordžija teku sa preko 20 godina iskustva u proučavanju kretanja životinja.

Komarci su najopasnije životinje na svetu. Bolesti koje prenose, od malarije do denge, uzrokuju preko 700.000 smrtnih slučajeva godišnje. Više ljudi je umrlo od komaraca nego u ratovima.

Svet troši 22 milijarde američkih dolara godišnje na milijarde litara insekticida, milione kilograma larvicida i milione mreža za krevete tretiranih insekticidima – i sve to da bi se borio protiv sićušnog insekta koji teži 10 puta manje od zrna pirinča i ima samo 200.000 neurona.

Ipak, ljudi gube rat protiv komaraca. Ovi insekti evoluiraju kako bi napredovali u gradovima i, usled klimatskih promena, brže šire bolesti. Kako nas tako jednostavne životinje pronalaze sa takvom lakoćom?

Naučnici znaju da komarci imaju očajan vid i da se oslanjaju na hemijske signale kako bi to nadoknadili. Međutim, znati šta privlači komarca nije dovoljno da bi se predvidelo njegovo ponašanje. Možete znati da projektil koji prati toplotu privlači izvor toplote, ali i dalje nećete znati kako taj projektil funkcioniše.

Tu na scenu stupaju Kris i njegova žrtva u sobi sa komarcima. Prateći putanje leta mnogih komaraca oko njega, nadali smo se da ćemo utvrditi kako donose odluke kao odgovor na njegovo prisustvo. Razumevanje toga kako komarci reaguju na ljude prvi je korak ka njihovoj kontroli.

Od 3.500 vrsta komaraca, preko 100 vrsta je klasifikovano kao antropofilno, što znači da preferiraju da jedu ljudsku krv. Određene vrste komaraca će pronaći jednu osobu usred celog krda stoke kako bi sisale upravo ljudsku krv.

Ovo je popriličan podvig s obzirom na to da su komarci slabi letači. Oni prestaju da lete pri laganom povetarcu od 3 do 5 kilometara na sat, što je ista brzina vazduha koju stvara konjski rep dok maše. U mirnijim uslovima, komarci koriste svoje minijaturne mozgove da prate ljudsku toplotu, vlagu i mirise koje vetar nosi.

Ugljen-dioksid, nusproizvod disanja svih živih životinja, posebno je privlačan. Komarci primećuju ugljen-dioksid podjednako dobro kao što vi primećujete smrad punog kontejnera, detektujući ga na udaljenosti do 9 metara od domaćina, gde koncentracija pada na svega nekoliko čestica na milion – poput nekoliko šolja boje u bazenu olimpijske veličine.

Vid komaraca nije od velike pomoći dok tragaju za sledećim obrokom krvi. Njihova dva složena oka imaju nekoliko stotina pojedinačnih sočiva zvanih omatidije, od kojih je svako širine ljudske dlake. Ona proizvode donekle mutnu, mozaičnu ili pikselizovanu sliku. Zbog zakona optike, komarci mogu razaznati čoveka odrasle veličine tek na nekoliko metara udaljenosti. Samo pomoću vida ne mogu razlikovati čoveka od malog drveta. Oni ispituju svaki tamni objekat.

Izazov kod proučavanja leta komaraca je u tome što je, poput tinejdžera koji upadaju u reč, većina onoga što rade je besmisleni šum. Komarci koji lete u praznoj sobi uglavnom prave nasumične promene u brzini i pravcu leta. Trebalo nam je mnogo putanja leta da bismo se probili kroz taj šum.

Jedan od naših saradnika, biolog sa Univerziteta Kalifornija u Riversajdu, Ring Karde, ispričao nam je da su još 100-ih godina naučnici sprovodili „studije ujeda“ tako što bi se skinuli u donji veš i udarali komarce koji bi sleteli na njihova gola tela. Rekao je da je nagost sprečavala mešanje varijabli, kao što je boja tkanine košulje.

Kris i ja smo se pogledali. Da sedi nag i čeka da postane plen komaraca? Umesto toga, dizajnirali smo mrežasto odelo koje je Kris prvobitno nosio u sobi sa komarcima. Ali nakon što smo videli njegove ujede, bio nam je potreban bolji način.

Umesto toga, Kris je oprao odeću dugih rukava neparfimisanim deterdžentom i nosio rukavice i masku za lice. Potpuno zaštićen, Kris je samo morao da stoji i čeka dok ga je oblak komaraca opsedao.

Američki Centri za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC) upoznali su nas sa uređajem Photonic Sentry, kamerom koja istovremeno prati stotine letećih insekata u prostoriji. Ona beleži 100 kadrova u sekundi sa rezolucijom od 5 mm u prostoru veličine velikog studio apartmana. Za samo nekoliko sati, Kris i drugi student, Suvan Kim, generisali su više podataka o letu komaraca nego što je ikada ranije izmereno u ljudskoj istoriji.

Džorn Dunkel, Čenji Fei i Aleks Koen, naši saradnici matematičari sa MIT-a, rekli su nam da je geometrija Krisovog tela i dalje previše komplikovana za proučavanje reakcija komaraca. Matematičari su izvrsni u pojednostavljivanju složenih problema na njihovu suštinu. Čenji je predložila da poštedimo Krisa – zašto ga ne zamenimo jednostavnom lutkom: crnom loptom od stiropora na štapu u kombinaciji sa bocom ugljen-dioksida.

Tokom naredne dve godine, Kris je snimao komarce kako nemilosrdno kruže oko lutki od stiropora. Zatim bi usisao komarce, trudeći se da ga ne ujedu.

Komarac leti slično kao što biste vi upravljali avionom: skreće levo ili desno, ubrzava ili koči. Utvrdili smo ponašanje komarca tokom leta kao funkciju njegove brzine, lokacije i smera u odnosu na cilj, što je bio prvi korak u kreiranju našeg modela njihovog ponašanja.

Naše poverenje u pravila ponašanja raslo je kako smo analizirali sve više putanja, na kraju koristeći 20 miliona pozicija i brzina komaraca. Ova ideja o uključivanju zapažanja radi podrške matematičkoj hipotezi stara je 200 godina i naziva se Bejzova inferencija. Ponašanje komaraca koje smo primetili ilustrovali smo u veb aplikaciji.

Koristeći naš model, pokazali smo kako različiti ciljevi uzrokuju da komarci lete drugačije. Vizuelni ciljevi izazivaju „prelete“, gde komarci proleću pored mete. Ugljen-dioksid izaziva „ponovne provere“, gde komarci usporavaju blizu mete. Kombinacija vizuelnog signala i ugljen-dioksida stvara obrasce orbitiranja velikom brzinom.

Do tada smo koristili samo eksperimente sa sferama od stiropora za obuku našeg modela. Pravi test je bio da li on može predvideti letove komaraca oko čoveka. Kris se vratio u komoru, ovog puta noseći potpuno belu odeću i crni šešir, pretvarajući sebe u metu. Naš model je uspešno predvideo raspored komaraca oko njega. Identifikovali smo opasne zone, gde je postojala velika verovatnoća da će komarac kružiti oko njega.

Predviđanje ponašanja komaraca je prvi korak ka tome da ih nadmudrimo. U područjima podložnim komarcima, ljudi projektuju kuće sa karakteristikama koje sprečavaju komarce da prate ljudske tragove i uđu unutra. Slično tome, zamke za komarce usisavaju ove insekte kada se previše približe, ali i dalje dozvoljavaju da između 50% i 90% njih pobegne. Mnogi od ovih dizajna zasnovani su na metodi pokušaja i grešaka. Nadamo se da naša studija pruža precizniji alat za projektovanje metoda za hvatanje ili odvraćanje komaraca.

Kada je Krisova majka prisustvovala odbrani njegovog master rada, pitao sam je kako se oseća zbog toga što je njen sin koristio sebe kao mamac za komarce. Rekla je da je veoma ponosna. I ja sam – i to ne samo zato što mi je laknulo što Kris nije tražio od mene da zauzmem njegovo mesto u komori sa komarcima.“

(Telegraf Nauka/The Conversation)