DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39169183
تاريخ النشر: 2024-08-21
المؤلف: Avinash Chandel وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث علم الأعصاب وفيزيولوجيا الحشرات
مقدمة
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المنهجية لتربية وصيانة تجمعات البعوض في بيئة مختبرية مسيطر عليها. تم زراعة البعوض عند درجة حرارة 28 درجة مئوية ورطوبة نسبية 80%، مع دورة ضوء وظلام مدتها 14 ساعة من الضوء و10 ساعات من الظلام. تم فقس اليرقات في مياه التناضح العكسي وتغذيتها بكرات تيترا مين الاستوائية، بينما تم تزويد البعوض البالغ بمحلول سكروز بنسبة 10% للغذاء.
لتكاثر تجمعات البعوض، تم تغذية البعوض الإناث بالدم باستخدام نظام تغذية غشائي يستخدم دم الأغنام المنزوع التجلط. اتبعت عملية التربية والصيانة بالكامل الإرشادات الأخلاقية وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا (UCSB). تضمن هذه المنهجية الصارمة صحة وقابلية تجمعات البعوض للتطبيقات البحثية اللاحقة.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون الطرق الإحصائية المستخدمة في تجاربهم السلوكية. قاموا بتحديد انحراف معياري للنتائج السلوكية ($\sigma_x = 0.12$) من البيانات الأولية وحددوا حجم تأثير قدره ±0.2 تغيير في مؤشر الأداء (PI) كدلالة على الأهمية. وبالتالي، قرروا أن حجم العينة المكونة من 6 تكرارات بيولوجية (n = 6) لكل مجموعة معالجة سيوفر قوة إحصائية كافية. للمقارنات بين مجموعتين، استخدموا اختبارات t لستودنت ذات الطرفين، بينما للتجارب التي تشمل أكثر من مجموعتين، تم تطبيق تحليل التباين الأحادي (ANOVA) متبوعًا باختبار المقارنة المتعددة لتوكاي. تم الإشارة إلى مستويات الأهمية بالنجوم.
بالإضافة إلى ذلك، قام المؤلفون بإجراء محاكاة تم تكرارها 10,000 مرة لتحليل PI ومؤشر الحالة الصحية (HSI)، مع تحديد حد أدنى لمؤشر HSI قدره 5 لدراستهم. كما سجلوا تقلبات درجة الحرارة في مواقع مختلفة داخل الإعداد التجريبي، تحديدًا عند شبكة القفص وعند فيلم بولي إيثيلين موضوعة على بعد 2 سم. تم إجراء اختبار تفضيل الأشعة تحت الحمراء (IR) باستخدام أفلام بولي إيثيلين على مسافات مختلفة من شبكة القفص، مع تقديم النتائج كمتوسطات ± SEMs (n = 6 تكرارات بيولوجية). شملت النتائج تصوير الأشعة تحت الحمراء لجلد الإنسان، موضحة توزيعات درجة حرارة غير متجانسة، مع تقديم قيم p الدقيقة في بيانات المصدر التكميلية.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث الباحثون في قدرة بعوض *Aedes aegypti* على اكتشاف الأشعة تحت الحمراء (IR) أثناء البحث عن مضيف، مدمجين هذه الإشارة الحسية مع محفزات أخرى مرتبطة بالمضيف مثل ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ورائحة الإنسان. تم تطوير اختبار سلوكي مخصص، باستخدام أجهزة بيلتيير ذات التحكم في درجة الحرارة لإصدار الأشعة تحت الحمراء الحرارية عند حوالي 34 درجة مئوية، محاكاة لدرجة حرارة جلد الإنسان. أظهرت النتائج أن البعوض أظهر تفضيلًا كبيرًا للمناطق التي تصدر الأشعة تحت الحمراء عند دمجها مع CO₂ ورائحة الإنسان، مما يدل على زيادة ملحوظة في مؤشرات البحث عن المضيف (HSI) عندما كانت هذه الإشارات موجودة معًا. على وجه التحديد، أثارت مجموعة CO₂ ورائحة الإنسان وحدها استجابة ضعيفة، لكن إضافة الأشعة تحت الحمراء ضاعفت HSI، مما يبرز الدور الحاسم للأشعة تحت الحمراء الحرارية في تعزيز سلوك البحث عن المضيف.
استكشفت الدراسة أيضًا تأثير درجة الحرارة المحيطة على حساسية الأشعة تحت الحمراء، كاشفة أن *Aedes aegypti* أظهرت أقوى جذب للأشعة تحت الحمراء عندما كانت درجة الحرارة المحيطة أقل من مصدر الأشعة تحت الحمراء، مع تفضيل ذروته عند 34 درجة مئوية. تم تحديد نطاق الكشف عن الأشعة تحت الحمراء الحرارية حتى 70 سم، متجاوزًا بشكل كبير نطاق الكشف عن الحرارة الحملية. بالإضافة إلى ذلك، أشارت الأبحاث إلى أن دمج الأشعة تحت الحمراء مع نبضات CO₂ حافظ على نشاط البحث عن المضيف، مما يشير إلى أن الأشعة تحت الحمراء الحرارية تلعب دورًا حيويًا في الحفاظ على جذب البعوض بعد الكشف الأولي عن CO₂. تؤكد النتائج على أهمية الأشعة تحت الحمراء الحرارية كإشارة حسية في سلوك البحث عن المضيف لدى البعوض، خاصةً بالاقتران مع إشارات شمية أخرى.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39169183
Publication Date: 2024-08-21
Author(s): Avinash Chandel et al.
Primary Topic: Neurobiology and Insect Physiology Research
Introduction
In this section, the authors detail the methodology for rearing and maintaining mosquito populations in a controlled laboratory environment. Mosquitoes were cultivated at a temperature of 28 °C and 80% relative humidity, with a light-dark cycle of 14 hours of light and 10 hours of darkness. The larvae were hatched in reverse osmosis water and fed with TetraMin Tropical Granules, while adult mosquitoes were provided with a 10% sucrose solution for sustenance.
To propagate the mosquito population, female mosquitoes were blood-fed using a membrane feeding system that utilized defibrinated sheep blood. The entire rearing and maintenance process adhered to ethical guidelines and was approved by the Institutional Animal Care and Use Committee at the University of California, Santa Barbara (UCSB). This rigorous methodology ensures the health and viability of the mosquito populations for subsequent research applications.
Methods
In this section, the authors outline the statistical methods employed in their behavioral experiments. They established a standard deviation of behavioral results ($\sigma_x = 0.12$) from preliminary data and predetermined an effect size of ±0.2 change in the performance index (PI) as significant. Consequently, they determined that a sample size of 6 biological replicates (n = 6) for each treatment group would provide sufficient statistical power. For comparisons between two groups, they utilized two-tailed Student’s t-tests, while for experiments involving more than two groups, one-way ANOVA followed by Tukey’s multiple-comparison test was applied. Significance levels were denoted with asterisks.
Additionally, the authors conducted simulations iterated 10,000 times to analyze the PI and the health status index (HSI), establishing a minimum HSI threshold of 5 for their study. They also recorded temperature variations at different locations within the experimental setup, specifically at the cage mesh and at a polyethylene film positioned 2 cm away. An infrared (IR) preference assay was performed using polyethylene films at varying distances from the cage mesh, with results presented as means ± SEMs (n = 6 biological replicates). The findings included IR thermography of human skin, illustrating non-homogeneous temperature distributions, with exact p-values provided in the supplementary source data.
Discussion
In this study, the researchers investigated the ability of *Aedes aegypti* mosquitoes to detect infrared (IR) radiation while host-seeking, integrating this sensory cue with other host-associated stimuli such as carbon dioxide (CO₂) and human odor. A custom behavioral assay was developed, utilizing temperature-controlled Peltier devices to emit thermal IR at approximately 34 °C, mimicking human skin temperature. The results indicated that the mosquitoes exhibited a significant preference for zones emitting IR when combined with CO₂ and human odor, demonstrating a marked increase in host-seeking indices (HSI) when these cues were present together. Specifically, the combination of CO₂ and human odor alone elicited a weak response, but the addition of IR doubled the HSI, highlighting the critical role of thermal IR in enhancing host-seeking behavior.
The study further explored the impact of ambient temperature on IR sensitivity, revealing that *Aedes aegypti* showed the strongest attraction to IR when the ambient temperature was lower than the IR source, with a peak preference at 34 °C. The detection range for thermal IR was established as up to 70 cm, significantly exceeding the detection range for convection heat. Additionally, the research indicated that the integration of IR with CO₂ pulses sustained host-seeking activity, suggesting that thermal IR plays a vital role in maintaining mosquito attraction after initial CO₂ detection. The findings underscore the importance of thermal IR as a sensory cue in mosquito host-seeking behavior, particularly in conjunction with other olfactory signals.