Científicos descubren cómo los cerebros de los mosquitos integran señales sensoriales para encontrar un huésped

Los científicos descubrieron que, después de que el sistema olfativo del mosquito detecta ciertas señales químicas, el mosquito usa su sistema visual para explorar sus alrededores en busca de ciertas formas y volar hacia ellas, presumiblemente asociando esas formas con los posibles anfitriones.

Para los mosquitos hembras, encontrar su próxima comida se trata de oler y ver

A través de experimentos de comportamiento y el registro en tiempo real del cerebro femenino del mosquito, un equipo de científicos, dirigido por investigadores de la Universidad de Washington, ha descubierto cómo el cerebro del mosquito integra las señales de dos de sus sistemas sensoriales (visual y olfativo) para identificar, rastrear y concentrarse en un posible huésped para su próxima comida de sangre.

Sus hallazgos, publicados en la revista Current Biology, indican que, cuando el sistema olfativo del mosquito detecta ciertas señales químicas, desencadenan cambios en el cerebro del mosquito que inician una respuesta de comportamiento: el mosquito comienza a utilizar su sistema visual para escanear su entorno. para tipos específicos de formas y vuele hacia ellas, presumiblemente asociando esas formas con potenciales anfitriones.

Solo los mosquitos hembras se alimentan de la sangre, y estos resultados les dan a los científicos una visión muy necesaria del proceso de integración sensorial que el cerebro del mosquito usa para localizar un huésped. Los científicos pueden usar estos hallazgos para ayudar a desarrollar nuevos métodos para el control de mosquitos y reducir la propagación de enfermedades transmitidas por mosquitos.

Este estudio se centró en la clave olfativa que desencadena la búsqueda de un huésped: el dióxido de carbono o el CO2. Para los mosquitos, el olor a CO2 es un signo revelador de que una posible comida está cerca.

"Nuestra respiración solo está cargada de CO2", dijo el autor correspondiente Jeffrey Riffell, profesor de biología de la Universidad de Washington. "Es un atrayente de largo alcance, que los mosquitos usan para ubicar a un potencial huésped que podría estar a más de 100 pies de distancia".

Ese huésped potencial podría ser una persona u otro animal de sangre caliente. La investigación previa de Riffell y sus colaboradores ha demostrado que el olor a CO2 puede "cebar" el sistema visual del mosquito para cazar a un huésped. En esta nueva investigación, miden cómo el CO2 desencadena cambios precisos en el comportamiento de vuelo del mosquito y visualizan cómo el cerebro del mosquito responde a las combinaciones de señales olfativas y visuales.

El equipo recopiló datos de aproximadamente 250 mosquitos individuales durante las pruebas de comportamiento realizadas en una pequeña arena circular, de aproximadamente 7 pulgadas de diámetro. Una pantalla LED de 360 ​​grados enmarcaba la arena y una cuerda de alambre de tungsteno en el centro sostenía a cada mosquito. Un sensor óptico debajo del insecto recolectó datos sobre los latidos de los mosquitos, una entrada de aire y una línea de vacío transmitió olores a la arena, y la pantalla LED mostró diferentes tipos de estímulos visuales.

El equipo probó cómo los mosquitos Aedes aegypti atados respondían a los estímulos visuales, así como a las bocanadas de aire rico en CO2. Descubrieron que, en la arena, las bocanadas de aire de un segundo que contenían un 5% de CO2, justo por encima del aire de 4,5% de CO2 emitido por los humanos, llevaron a los mosquitos a batir sus alas más rápido. Algunos elementos visuales, como un campo de estrellas en rápido movimiento, tuvieron poco efecto en el comportamiento de los mosquitos. Pero si la arena mostraba una barra que se movía horizontalmente, los mosquitos batían sus alas más rápido e intentaban dirigirse en la misma dirección. Esta respuesta fue más pronunciada si los investigadores introdujeron una bocanada de CO2 antes de mostrar la barra.

Para obtener una imagen clara de cómo el olor a CO2 afectó primero el comportamiento del vuelo, analizaron sus datos utilizando un modelo matemático del comportamiento del vuelo de la mosca doméstica.

"Encontramos que el CO2 influye en la capacidad del mosquito para volverse hacia un objeto que no está directamente en su trayectoria de vuelo", dijo Riffell. "Cuando huelen el CO2, esencialmente giran hacia el objeto en su campo visual más rápido y más fácilmente de lo que lo harían sin el CO2".

Los investigadores repitieron los experimentos en la arena con una cepa de Aedes aegypti modificada genéticamente creada por Riffell y su coautor Omar Akbari, profesor asistente en la Universidad de California, San Diego. Las células en estos mosquitos brillan de color verde fluorescente si contienen altos niveles de iones de calcio, incluidas las neuronas del sistema nervioso central cuando se disparan activamente. En la arena, los investigadores extrajeron una pequeña porción del cráneo del mosquito y usaron un microscopio para ver la actividad neuronal en secciones del cerebro en tiempo real.

El equipo se centró en 59 "regiones de interés" que mostraron niveles especialmente altos de niveles de ión calcio en la lóbula, una parte del lóbulo óptico del cerebro del mosquito. Si al mosquito se le mostraba una barra horizontal, dos tercios de esas regiones se iluminaban, lo que indicaba un aumento del disparo neuronal en respuesta al estímulo visual. Cuando los investigadores introdujeron primero una bocanada de CO2 y luego mostraron la barra horizontal, el 23% de las regiones tenían una actividad aún mayor que antes, lo que indica que el olor a CO2 provocó una respuesta de mayor magnitud en estas áreas del cerebro que controlan la visión.

Los investigadores probaron el experimento inverso: ver si una barra horizontal provocaba un aumento en los disparos en las partes del cerebro del mosquito que controlan el olor, pero no vieron respuesta.

"El olor desencadena la visión, pero la visión no desencadena el sentido del olfato", dijo Riffell.

Sus hallazgos se alinean con el cuadro general de los sentidos de los mosquitos. El sentido del olfato de los mosquitos opera a largas distancias, recogiendo aromas a más de 100 pies de distancia. Sin embargo, según Riffell, su vista es más efectiva para objetos que se encuentran a 15 o 20 pies de distancia.

"El olfato es un sentido de largo alcance para los mosquitos, mientras que la visión es para el rastreo de rango intermedio", dijo Riffell. "Entonces, tiene sentido que veamos un olor, en este caso CO2, que afecte a las partes del cerebro del mosquito que controlan la visión, y no a la inversa".

En el futuro, Riffell quiere probar si otras formas afectan el comportamiento y la actividad de los mosquitos en el lóbulo óptico. Esos resultados pueden iluminar aún más la naturaleza jerárquica de los comportamientos de caza de hospedadores de mosquitos: primero huela, luego vea. También puede proporcionar nuevos conocimientos para el control de mosquitos.  @mundiario