Bittersüsse Erinnerungen
Stechmücken bleiben uns in Erinnerung aufgrund ihres lästigen Summens, ihres unstillbaren Durstes auf Blut und der juckenden Spuren, die sie auf unserer Haut hinterlassen. Aber wie erinnern sich Mücken an uns? Wie sich herausgestellt hat, sind sie schlauer, als wir denken.
Eine Stechmücke erinnert sich an ihre Opfer. Bild: Collage von Adobe Stock (1, 2)
Lernen und Gedächtnis spielen im Leben eines Insekts eine grundlegende Rolle und ermöglichen eine flexible Anpassung, wenn die Bedingungen nicht optimal sind. Die Forschung über das Gedächtnis und die Lernfähigkeit von Insekten hat sich jahrzehntelang hauptsächlich auf Fruchtfliegen und Honigbienen konzentriert. Seit den 2000er Jahren hat die wachsende Zahl von Studien über das Gedächtnis von Stechmücken wertvolle Einblicke in unser Verständnis der Rolle des Gedächtnisses bei der Wirtsauswahl* und der Krankheitsübertragung geliefert.
Die erste Erfahrung ist wichtig
Eine weibliche Stechmücke benötigt eine Blutmahlzeit, um Eier zu produzieren, daher muss sie ihr Opfer mit Bedacht auswählen. Nachdem sie die Geruchskomposition der anwesenden Individuen sorgfältig beurteilt hat, entscheidet sie sich und lauert ihrer Beute auf. Allerdings läuft nicht immer alles glatt, da viele Wirte bestimmte Verteidigungsmechanismen aufweisen: ihre Haut zuckt, sie putzen sich, oder, in manchen Fällen, sie schlagen nach der Mücke. Wenn die Mücke den Angriff überlebt, ist es an der Zeit für sie, darüber nachzudenken und einige Lehren aus dieser Erfahrung zu ziehen.
Forschende zeigten, dass Mücken in der Lage sind, sich die Geruchszusammensetzung von wehrhaften Wirten mindestens 24 Stunden lang zu merken und diese um jeden Preis zu meiden. Ausserdem sind nicht nur der Überlebensinstinkt der Mücke, sondern auch die Nährstoffe im Blut für die Wirtspräferenz wichtig. Mehrere Studien haben gezeigt, dass die erste Erfahrung einer Blutmahlzeit die Wirtspräferenz von Mücken völlig verändern kann, so dass sie bei späteren Versuchen andere Tiere bevorzugen. In einer Studie beispielsweise wurde dieses Phänomen mit Culex-Mücken untersucht, die ohne erste Erfahrungen eher Schweine stechen. Die Studie zeigte, dass Mücken, die zuvor Blut von einer Kuh gesaugt hatten, eher die Kuh als das Schwein bevorzugten, wenn sie die Wahl zwischen einem Schwein und einer Kuh hatten.
Nach Stechmücken zu schlagen kann helfen! Auf diese Weise können Sie die Mücken mit Ihrem Geruch konditionieren, was dazu führen kann, dass sie andere Wirte angreifen. Bild: Adobe Stock
Navigationsfähigkeiten wie New Yorker Taxifahrer
Nach einer sicheren Blutmahlzeit muss eine weibliche Stechmücke als Nächstes einen geeigneten Ort für die Eiablage finden. Um dies zu erreichen, nutzen Mücken ihr räumliches Gedächtnis. Während einige Mückenarten ihre Eier in Behältern mit stehendem Wasser in der Nähe menschlicher Siedlungen ablegen, fliegen andere über weite Strecken, um Teiche, Sümpfe oder Seen zu erreichen. Dieser Langstreckenflug zur Eiablage wurde erstmals bei Anopheles farauti in Papua-Neuguinea beobachtet. Nach der Eiablage kehrten die Stechmücken in die Dörfer zurück, wo sie sich ihr erstes Blut geholt hatten. Eine andere Studie ergab, dass Anopheles arabiensis-Mücken ebenfalls das räumliche Gedächtnis nutzen, um zu demselben Haus zurückzukehren, in dem sie ihre erste Blutmahlzeit erhalten haben.
Wie Sie Ihre Mücke trainieren
Ähnlich wie der berühmte Hund von Pawlow können auch Stechmücken durch bestimmte Reize konditioniert werden. Mehrere Forschungsgruppen haben gezeigt, dass Mücken durch belohnungsbasiertes oder aversives Training leicht Assoziationen herstellen. Beim aversiven Training wird ein konditionierter Reiz durch Bestrafung (z. B. mechanischer, kalter oder elektrischer Schock) erlernt, während beim belohnungsbasierten Training die Mücken Zucker oder Blut als Belohnung erhalten. Wichtig ist, dass verschiedene Reize zu unterschiedlichen Lerneffekten führen, je nachdem, welche Gehirnbereiche sie aktivieren.
Mücken können durch Bestrafung oder Belohnung auf einen Reiz konditioniert werden. Bild: © Kaan Mika
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Es gibt drei Hauptzentren im Mückengehirn, die für die Gedächtnisbildung verantwortlich sind: die Pilzkörper, das Seitenhorn und den Zentralkörper. Die Pilzkörper und das Seitenhorn sind für die Verarbeitung der Geruchsinformationen zuständig, während im Zentralkörper die visuellen Informationen verarbeitet werden. Auch wenn wir noch weit davon entfernt sind, zu entschlüsseln, wie das Gedächtnis der Mücken funktioniert, hat eine neuere Studie die Rolle dopaminerger* Neuronen bei der Gedächtnisbildung in Mücken aufgeklärt.
In dieser Studie wurden die Mücken in einer bestimmten Frequenz kräftig geschüttelt, womit das Schlagen auf den Arm nachgeahmt wurde, wenn ein Mensch versucht, eine Mücke zu vertreiben. Gleichzeitig wurden die Mücken einem bestimmten Geruchsstoff ausgesetzt, was dazu führte, dass sie eine negative Assoziation mit diesem Geruch aufbauten. Diese Erinnerung wird im Gehirn mindestens 24 Stunden lang gespeichert. Die Gedächtnisleistung der Stechmücken wurde in einem Y-Röhrchen untersucht. Dieser Verhaltenstest wird häufig in Labors verwendet und dient dazu, die Präferenz der Mücken für bestimmte Geruchsstoffe zu messen, indem man beobachtet, welchen Seitenarm sie in einem Y-förmigen Rohr wählen.
Beispiel eines "Two-Choice"-Tests mit einem Y- Röhrchen. Nach dem Training werden die Stechmücken durch die Einführungsöffnung ins Y-Röhrchen eingeführt und fliegen zu einem der beiden gegenüberliegenden Enden des Rohrs. Die Gerüche werden aus Kammern freigesetzt, die sich an den Enden der beiden Seitenarme befinden. Die Pfeile zeigen die Richtung des Luftstroms an. Nylon perforated mesh: perforiertes Nylongewebe, Mosquito introduction port: Mücken-Einführungsöffnung, Odorant chambers: Geruchskammern. Bild: Journal of Insect Behavior
Wurden die Mücken durch Bestrafung gegen einen bestimmten Geruchsstoff trainiert, flogen sie tendenziell in den Seitenarm, in den nur Luft zugeführt wurde. Untrainierte Stechmücken hingegen flogen eher in den Seitenarm mit dem Geruch.
Wenn mutierte Mücken, denen der Dopaminrezeptor fehlt, dem gleichen Training unterzogen wurden, zeigten sie keine Anzeichen dafür, dass sie lernten, den Geruch zu meiden. Dies zeigt, dass Dopamin-Neuronen an der Gedächtnisbildung von Stechmücken beteiligt sind.
Warum es wichtig ist, das Gedächtnis von Stechmücken zu erforschen
Erfahrungen, die eine Stechmücke gemacht hat, beeinflussen direkt ihre zukünftigen Entscheidungen, einschliesslich der Wahl eines Wirts. Mücken bevorzugen in der Regel Wirte, die weniger abwehrendes Verhalten zeigen und bei denen sie leicht eine vollständige Blutmahlzeit erhalten können. Wenn wir verstehen, wie das Gedächtnis der Mücken funktioniert, können wir die Mechanismen hinter ihrem selektiven Stichverhalten entschlüsseln, das direkt mit der Übertragung von Krankheiten verbunden ist.
Darüber hinaus können Mücken aufgrund früherer Exposition effektiv lernen, bestimmte Pestizide aufgrund ihres Geruchs zu meiden. Wiederholte Exposition gegenüber bestimmten Repellentien* kann dazu führen, dass Mücken bestimmte Gerüche meiden und sie dazu bringen, alternative Wirte zu suchen und ihre Wirtspräferenz direkt zu ändern. Wenn wir also mehr über das Gedächtnis der Mücken erfahren, können wir wirksamere und dauerhaftere Strategien zu ihrer Bekämpfung entwickeln.
*Glossar
Dopaminerge Neuronen: Nervenzellen, die Dopamin als Neurotransmitter verwenden. Neurotransmitter sind Moleküle, die von einer Nervenzelle ausgeschüttet und von einer anderen Zelle über spezielle Proteine, die Rezeptoren, aufgenommen werden. Der Empfang eines Neurotransmitters beeinflusst die Funktion der Zelle.
Repellent: Ein Wirkstoff, der durch seinen Geruch oder Geschmack einen Organismus abschreckt.
Wirt: Ein Organismus, der einem anderen Organismus vorübergehend oder dauerhaft als Lebensraum dient oder ihm Nahrung, Schutz oder die Möglichkeit zur Vermehrung bietet. Der Mensch zum Beispiel ist ein Wirt für Stechmücken, die sich bei ihm mit Blut versorgen, oder für Malaria-Parasiten, die sich in ihm vermehren.
Quellen
Vinauger C et al. 2018. Modulation of Host Learning in Aedes aegypti Mosquitoes. Current biology 28(3):333-344.e8. https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.12.015
Charlwood D et al. 1988. Evidence for a ‘memorized’ home range in Anopheles farauti females from Papua New Guinea. Medical and Veterinary Entomology. 2(2):101-108. https://doi.org/10.1111/j.1365-2915.1988.tb00059.x
Mwandawiro C et al. 2000. Heterogeneity in the host preference of Japanese encephalitis vectors in Chiang Mai, northern Thailand. Transactions of The Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene 94(3):238–242. https://doi.org/10.1016/S0035-9203(00)90303-1
McCall PJ et al. 2001. Evidence for memorized site-fidelity in Anopheles arabiensis Get access Arrow. Transactions of The Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene 95(6):587–590. https://doi.org/10.1016/S0035-9203(01)90087-2
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