Wie Stechmücken Menschen finden und um ihr Ziel kreisen

Jahrelang war Forschenden bekannt, dass Stechmücken Menschen mithilfe von Sehen und Geruch aufspüren. Weniger klar war jedoch, wie diese Reize ihr tatsächliches Flugverhalten beeinflussen.

Diese Wissenslücke ist bedeutsam, denn die kleinen Insekten übertragen Krankheiten, an denen jedes Jahr mehr als 770.000 Menschen sterben.

So nähern sich Stechmücken ihrem Stichziel

Neue Forschungsergebnisse belegen, dass Stechmücken nicht einfach ziellos auf ein Ziel zufliegen. Abhängig davon, welche Signale sie wahrnehmen, wechseln sie zwischen klar unterschiedlichen Flugmustern.

Erkennt eine Stechmücke lediglich etwas, das wie ein Mensch aussieht, legt sie sich nicht sofort fest. Sie fliegt heran und zieht sich danach wieder zurück. Diese rasche Vor-und-zurück-Bewegung ermöglicht ihr zu prüfen, ob sich die Verfolgung des Ziels lohnt.

Sobald der Geruchssinn dominiert, verändert sich ihr Verhalten. Kohlendioxid, das Gas in unserer Ausatemluft, lockt Stechmücken an, selbst wenn sie uns nicht sehen können. Sie werden langsamer und bewegen sich im Zickzack durch die Luft, wobei sie nahe an der Quelle bleiben. Dieses vorsichtige Hin-und-her hält sie auf Kurs.

Treten beide Reize gemeinsam auf, ändert sich das Muster erneut: Die Stechmücke beginnt zu kreisen. Mit gleichbleibender Geschwindigkeit fliegt sie um das Ziel und kommt ihm schrittweise näher. Diese kreisende Bewegung ist häufig unmittelbar vor der Landung zu beobachten.

Wie die Forschenden später erläuterten, handelt es sich dabei nicht bloss um eine Kombination der beiden anderen Flugweisen. Es ist ein eigenständiges Verhalten, das nur ausgelöst wird, wenn Sehen und Geruch übereinstimmen.

Die Wissenschaft hinter den Flugbahnen von Stechmücken

Die Arbeit entstand in einer Zusammenarbeit von Forschenden des MIT und des Georgia Tech, die das erste dreidimensionale Modell des Stechmückenflugs entwickelten.

Mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras und einer detaillierten Datenauswertung verfolgte das Team die Bewegungen der Insekten im Raum.

Für ihre Versuche untersuchten die Fachleute Aedes aegypti, eine Stechmückenart, die dafür bekannt ist, Menschen gezielt anzufliegen. In einem kontrollierten Raum reagierten die Tiere auf verschiedene Versuchsanordnungen.

Manchmal wurde ihnen ein dunkler Gegenstand gezeigt. In anderen Durchgängen folgten sie Kohlendioxid, das in Konzentrationen freigesetzt wurde, die dem menschlichen Atem ähneln. Teilweise waren beide Reize gleichzeitig vorhanden.

In 20 Experimenten sammelte das Team mehr als 53 Millionen Datenpunkte und zeichnete über 477.220 Flugbahnen auf. Dieser umfangreiche Datensatz ermöglichte es, ein Modell zu entwickeln, das das Verhalten von Stechmücken unter unterschiedlichen Bedingungen vorhersagt.

„Die grosse Frage lautete: Wie finden Stechmücken ein menschliches Ziel? Frühere experimentelle Studien hatten untersucht, welche Reize wichtig sein könnten. Aber nichts davon war besonders quantitativ“, erklärte Chenyi Fei, ein Postdoktorand am Department of Mathematics des MIT.

Weshalb das für die öffentliche Gesundheit wichtig ist

Stechmücken werden oft als die gefährlichsten Tiere der Erde bezeichnet. Krankheiten wie Malaria, Denguefieber und das West-Nil-Virus sind darauf angewiesen, dass sie menschliche Wirte finden. Ein besseres Verständnis ihrer Bewegungen könnte helfen, diese Risiken zu verringern.

Das neue Modell zeigt, dass Stechmücken besonders stark auf kombinierte Signale reagieren. Eine Falle, die nur einen Reiz nutzt, hält ihre Aufmerksamkeit möglicherweise nicht lange genug aufrecht. Arbeiten mehrere Reize zusammen, bleiben die Insekten jedoch länger aktiv bei der Sache.

„Unsere Arbeit legt nahe, dass Stechmückenfallen gezielt kalibrierte, multisensorische Lockmittel benötigen, damit Stechmücken lange genug beschäftigt bleiben, um gefangen zu werden“, sagte Jörn Dunkel, Professor für Mathematik am MIT.

Diese Erkenntnis könnte die Gestaltung von Fallen verändern. Künftige Geräte könnten statt eines einzelnen Lockstoffs visuelle Ziele, Kohlendioxid, Wärme und sogar Gerüche verbinden, um einen echten Menschen besser nachzuahmen.

Von Daten zu Lösungen für die Praxis

Die Forschenden beschränkten sich nicht auf die Erstellung eines Modells, sondern entwickelten auch ein Werkzeug, mit dem Nutzende unterschiedliche Szenarien testen können.

Wer Faktoren wie die Anzahl der Stechmücken oder die Art des Signals verändert, sieht im System in Echtzeit, wie sich die Flugbahnen wandeln.

„Die ursprüngliche Hoffnung war, ein quantitatives Modell zu haben, das das Verhalten von Stechmücken bei verschiedenen Fallendesigns simulieren kann“, sagte Alexander Cohen, der kürzlich am MIT in Chemieingenieurwesen promoviert hat. „Jetzt, da wir ein Modell haben, können wir damit beginnen, intelligentere Fallen zu entwickeln.“

Ein genauerer Blick auf den vertrauten Plagegeist

Es gibt weiterhin viel zu erforschen. Menschen senden neben visuellen Reizen und Kohlendioxid zahlreiche weitere Signale aus, darunter Wärme und Körpergeruch. Jedes davon könnte beeinflussen, wo Stechmücken landen möchten.

„Offensichtlich geben Menschen zusätzliche Reize ab, etwa Geruch, Wärme und Feuchtigkeit“, sagte Cohen. „Für die von uns untersuchte Art sind visuelle Reize und Kohlendioxid am wichtigsten. Doch wir können dieses Modell einsetzen, um andere Arten und ihre Reaktionen auf weitere Sinnesreize zu untersuchen.“

Diese Forschung verändert den Blick auf eine alltägliche Erfahrung. Wenn eine Stechmücke um Ihren Arm kreist, ist sie nicht bloss lästig. Sie folgt einem präzisen Regelwerk, das davon geprägt wird, was sie sieht und riecht.

Indem Forschende diese Regeln entschlüsseln, kommen sie der Kontrolle einer der grössten Bedrohungen für die globale Gesundheit näher. Alles beginnt mit dem Verständnis einer einfachen Frage: Wie entscheidet eine Stechmücke, zu fliegen?

Die vollständige Studie erschien in der Fachzeitschrift Science Advances.