Ein studentischer Freiwilliger wurde in einen Raum mit 100 hungrigen Mücken geschickt. Hier erfahren Sie, warum

„Vier Minuten sind zu lang.“

Das ist die Notiz, die mir der Student Chris Zuo zusammen mit Fotos von unzähligen Mückenstichen auf seiner nackten Haut geschickt hat. Dieses Ganzkörpermassaker war nicht das Ergebnis eines fehlgeschlagenen Campingausflugs. Er hatte diese begrenzte Zeit in einem Raum mit 100 hungrigen Mücken verbracht und dabei nichts als einen Netzanzug getragen, von dem wir dachten, dass er ihn geschützt hätte.

So begann unsere dreijährige Reise mit dem Versuch, das Verhalten eines täuschend einfachen Insekts, der Mücke, zu verstehen. Es hört sich vielleicht wie der sadistische Plan eines Professors an, aber in Wirklichkeit haben wir alles nach Vorschrift gemacht. Der institutionelle Prüfungsausschuss unserer Universität genehmigte unsere Verfahren und stellte sicher, dass Chris in Sicherheit war und in keiner Weise gezwungen wurde. Die Mücken waren krankheitsfrei und in unserem Heimatstaat Georgia beheimatet. Und diese Sitzung führte zu den ersten und letzten Bissen, die jeder während der Studie erhielt.

Neben meiner Rolle als Folterer von Studenten bin ich Autor und Professor an der Georgia Tech mit über 20 Jahren Erfahrung in der Erforschung von Tierbewegungen.

Mücken sind das gefährlichste Tier der Welt. Die von ihnen übertragenen Krankheiten, von Malaria bis Dengue-Fieber, verursachen jedes Jahr über 700.000 Todesfälle. Es sind mehr Menschen durch Mücken gestorben als durch Kriege.

Die Welt gibt jedes Jahr 22 Milliarden US-Dollar für Milliarden Liter Insektizide, Millionen Pfund Larvizide und Millionen mit Insektiziden behandelte Moskitonetze aus – alles um ein winziges Insekt zu bekämpfen, das zehnmal weniger wiegt als ein Reiskorn und nur 200.000 Neuronen hat.

Dennoch verlieren die Menschen den Krieg gegen Mücken. Diese Insekten entwickeln sich weiter, um in Städten zu gedeihen und Krankheiten durch den Klimawandel schneller zu verbreiten. Wie können so einfache Tiere uns so leicht finden?

Wissenschaftler wissen, dass Mücken ein schlechtes Sehvermögen haben und auf chemische Reize angewiesen sind, um dies auszugleichen. Allerdings reicht es nicht aus, zu wissen, was eine Mücke anzieht, um ihr Verhalten vorherzusagen. Sie können wissen, dass eine wärmesuchende Rakete von Hitze angezogen wird, aber Sie wissen immer noch nicht, wie eine Rakete funktioniert.

Betreten Sie Chris und seine Selbstaufopferung im Moskitoraum. Indem wir den Flug vieler Mücken um ihn herum verfolgten, hofften wir herauszufinden, wie sie als Reaktion auf seine Anwesenheit Entscheidungen trafen. Zu verstehen, wie Mücken auf Menschen reagieren, ist ein erster Schritt zur Bekämpfung dieser Mücken.

Wie Mücken sich auf ihre Mahlzeit konzentrieren

Von den 3.500 Mückenarten werden über 100 Arten als anthropophil eingestuft, was bedeutet, dass sie den Menschen zum Mittagessen bevorzugen. Bestimmte Mückenarten finden in einer ganzen Rinderherde eine Person, um menschliches Blut zu saugen.

Das ist eine ziemliche Leistung, wenn man bedenkt, dass Mücken schwache Flieger sind. Bei einer leichten Brise von 3 bis 5 km/h hören sie auf zu fliegen, also der gleichen Luftgeschwindigkeit, die auch der schwingende Schwanz eines Pferdes erzeugt. Unter ruhigeren Bedingungen nutzen Mücken ihr winziges Gehirn, um der menschlichen Hitze, Feuchtigkeit und Gerüchen zu folgen, die vom Wind getragen werden.

Besonders attraktiv ist Kohlendioxid, das Nebenprodukt der Atmung aller lebenden Tiere. Mücken bemerken Kohlendioxid genauso wie Sie den Gestank eines vollen Müllcontainers bemerken und es bis zu 30 Fuß (9 Meter) von einem Wirt entfernt wahrnehmen, wo die Konzentration auf wenige Teile pro Million sinkt, wie ein paar Tassen Farbstoff in einem olympischen Schwimmbecken.

Das Sehvermögen der Mücken ist bei der Jagd nach ihrer nächsten Blutmahlzeit keine große Hilfe. Ihre beiden Facettenaugen haben mehrere hundert einzelne Linsen, sogenannte Ommatidien, von denen jede etwa die Breite eines menschlichen Haares hat. Sie erzeugen ein etwas verschwommenes Mosaik- oder Pixelbild. Aufgrund der Gesetze der Optik können Mücken einen Menschen in Erwachsenengröße bereits aus wenigen Metern Entfernung erkennen. Mit ihrem Sehvermögen allein können sie einen Menschen nicht von einem kleinen Baum unterscheiden. Sie untersuchen jedes dunkle Objekt.

Sammeln der Flugwegdaten

Die Herausforderung bei der Untersuchung des Mückenflugs besteht darin, dass sie, ähnlich wie Teenager, die Müll reden, größtenteils bedeutungslosen Lärm machen. Mücken, die in einem leeren Raum fliegen, ändern ihre Fluggeschwindigkeit und -richtung weitgehend zufällig. Wir brauchten viele Flugbahnen, um den Lärm zu durchdringen.

Einer unserer Mitarbeiter, der Biologe Ring Cardé von der University of California, Riverside, erzählte uns, dass Wissenschaftler in den 1980er Jahren „Bissstudien“ durchführten, indem sie die Mücken, die auf ihren nackten Körpern landeten, bis auf ihre Unterwäsche auszogen und ihnen eine Ohrfeige gaben. Er sagte, Nacktheit verhindere verwirrende Variablen, etwa die Farbe des Hemdstoffs.

Chris und ich sahen uns an. Nackt sitzen und darauf warten, zur Mückenbeute zu werden? Stattdessen haben wir den Netzanzug entworfen, den Chris ursprünglich im Mückenraum trug. Aber nachdem wir Chris‘ Bisse gesehen hatten, brauchten wir einen besseren Weg.

Stattdessen wusch Chris langärmlige Kleidung in parfümfreiem Waschmittel und trug Handschuhe und eine Gesichtsmaske. Vollständig geschützt musste Chris nur stehen und warten, während ihn eine Wolke Mücken umschwärmte.

Die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten stellten uns die Photonic Sentry vor, eine Kamera, die gleichzeitig Hunderte von fliegenden Insekten in einem Raum verfolgt. Für einen Raum wie ein großes Studio-Apartment zeichnet es 100 Bilder pro Sekunde bei einer Auflösung von 5 mm auf. In nur wenigen Stunden generierten Chris und ein weiterer Doktorand, Soohwan Kim, mehr Mückenflugdaten, als jemals zuvor in der Geschichte der Menschheit gemessen wurden.

Jörn Dunkel, Chenyi Fei und Alex Cohen, unsere mathematischen Mitarbeiter am MIT, sagten uns, dass die Geometrie von Chris‘ Körper immer noch zu kompliziert sei, um die Reaktionen der Mücken zu untersuchen. Mathematiker zeichnen sich dadurch aus, dass sie komplexe Probleme auf das Wesentliche reduzieren. Chenyi schlug vor, dass wir Chris schonen sollten – warum ihn nicht durch einen einfachen Dummy ersetzen: eine schwarze Styroporkugel auf einem Stock, kombiniert mit einem Kanister mit Kohlendioxid.

In den nächsten zwei Jahren filmte Chris die Mücken, die gnadenlos die Styroporpuppen umkreisten. Dann saugte er die Mücken auf und versuchte, nicht gestochen zu werden.

Entschlüsselung der Flugbahnen

Eine Mücke fliegt wie ein Flugzeug: Sie dreht nach links oder rechts, beschleunigt oder bremst. Als ersten Schritt bei der Erstellung unseres Verhaltensmodells haben wir das Flugverhalten einer Mücke als Funktion ihrer Geschwindigkeit, Position und Richtung in Bezug auf das Ziel bestimmt.

Unser Vertrauen in unsere Verhaltensregeln nahm zu, je mehr Flugbahnen wir lasen, wobei wir letztendlich 20 Millionen Mückenpositionen und -geschwindigkeiten verwendeten. Diese Idee, Beobachtungen zur Stützung einer mathematischen Hypothese einzubeziehen, ist eine 200 Jahre alte Idee, die Bayes’sche Folgerung genannt wird. Wir haben das Mückenverhalten, das wir beobachtet hatten, in einer Webanwendung veranschaulicht.

Anhand unseres Modells haben wir gezeigt, wie unterschiedliche Ziele dazu führen, dass Mücken unterschiedlich fliegen. Visuelle Ziele verursachen Vorbeiflüge, bei denen Mücken am Ziel vorbeifliegen. Kohlendioxid verursacht Double Takes, bei denen Mücken in der Nähe des Ziels langsamer werden. Die Kombination aus einem visuellen Hinweis und Kohlendioxid erzeugt schnelle Umlaufmuster.

Bisher haben wir zum Trainieren unseres Modells ausschließlich Experimente mit Styroporkugeln durchgeführt. Der eigentliche Test bestand darin, ob es Mückenflüge um einen Menschen vorhersagen konnte. Chris kehrte in die Kammer zurück, dieses Mal ganz in Weiß gekleidet und mit einem schwarzen Hut, und verwandelte sich in ein Volltreffer. Unser Modell hat die Verteilung der Mücken um ihn herum erfolgreich vorhergesagt. Wir identifizierten Gefahrenzonen, in denen die Wahrscheinlichkeit groß war, dass eine Mücke ihn umkreiste.

Die Vorhersage des Verhaltens von Mücken ist ein erster Schritt, um sie auszutricksen. In mückengefährdeten Gebieten entwerfen Menschen Häuser mit Funktionen, die verhindern, dass Mücken den menschlichen Hinweisen folgen und eindringen. Ebenso saugen Mückenfallen Mücken an, wenn sie zu nahe kommen, lassen aber dennoch zwischen 50 und 90 % der Mücken entkommen. Viele dieser Designs basieren auf Versuch und Irrtum. Wir hoffen, dass unsere Studie ein präziseres Werkzeug für die Entwicklung von Methoden zum Fangen oder Abschrecken von Mücken liefert.

Als Chris‘ Mutter an der Verteidigung seines Masterstudiums teilnahm, fragte ich sie, was sie davon hielt, dass ihr Sohn sich selbst als Köder für Mücken benutzte. Sie sagte, sie sei sehr stolz. Ich auch – und das nicht nur, weil ich erleichtert bin. Chris hat mich nicht gebeten, seinen Platz in der Mückenkammer einzunehmen.