모기는 체온에서 적외선을 감지하여 사람을 추적합니다.

 모기에 물리면 일시적인 괴로움에 지나지 않는 경우가 많지만, 세계 여러 지역에서는 무서운 일이 될 수 있습니다. 모기 종 1종, 이집트숲모기매년 뎅기열, 황열병, 지카 바이러스 및 기타 질병을 1억 건 이상 유발하는 바이러스를 퍼뜨립니다. 또 다른, 아노펠레스 감비아말라리아를 일으키는 기생충을 퍼뜨립니다. 세계보건기구(WHO)는 말라리아만으로 매년 40만 명 이상의 사망자가 발생하는 것으로 추정하고 있습니다. 실제로 질병을 전염시키는 능력으로 인해 모기는 가장 치명적인 동물이라는 칭호를 얻었습니다.

수컷 모기는 무해하지만 암컷은 알이 발달하려면 혈액이 필요합니다. 그들이 숙주를 찾는 방법에 대해 100년이 넘는 엄격한 연구가 있었다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그 시간이 지나면서 과학자들은 이 곤충들이 의존하는 단 하나의 단서가 없다는 것을 발견했습니다. 대신, 그들은 다양한 거리에 걸쳐 다양한 감각의 정보를 통합합니다.

UC Santa Barbara 연구원이 이끄는 팀은 모기의 문서화된 레퍼토리에 적외선 감지라는 또 다른 의미를 추가했습니다. 대략 인간 피부 온도와 비슷한 광원에서 나오는 적외선 복사가 CO와 결합되면 곤충의 전반적인 숙주 탐색 행동이 두 배로 증가합니다.₂ 그리고 사람 냄새. 모기는 숙주를 찾는 동안 압도적으로 이 적외선 소스를 향해 이동했습니다. 연구원들은 또한 이 적외선 탐지기가 어디에 위치하고 있는지, 형태학적, 생화학적 수준에서 어떻게 작동하는지를 발견했습니다. 결과는 nature 저널에 자세히 나와 있습니다.

"우리가 연구하는 모기는 이집트숲모기UCSB의 크레이그 몬텔(Craig Montell) 교수 연구실에서 대학원생이자 박사후 연구원이었던 공동 저자인 니콜라스 드보비엔(Nicolas DeBeaubien)은 "이번 연구는 인간 숙주를 찾는 데 탁월한 기술을 갖고 있다"고 말했습니다. "이 연구는 그들이 어떻게 이것을 달성했는지에 대한 새로운 시각을 제시합니다."

열적외선으로 유도

모기가 좋아한다는 것은 잘 알려져 있습니다. 에이데스 이집트 여러 신호를 사용하여 먼 거리에서 호스트를 찾아보세요. "여기에는 CO가 포함됩니다.₂ 우리가 내쉬는 숨, 냄새, 시각, [convection] 공동 저자이자 현재 Montell 그룹의 UCSB 박사후 연구원인 Avinash Chandel은 "피부의 열과 신체의 습기"라고 설명했습니다. "그러나 이러한 각 신호에는 한계가 있습니다." 곤충은 시력이 좋지 않고 바람이 강합니다. 또는 인간 숙주의 빠른 움직임은 화학적 감각에 대한 추적을 방해할 수 있습니다. 그래서 저자들은 모기가 적외선과 같은 보다 신뢰할 수 있는 방향 신호를 감지할 수 있는지 궁금해했습니다.

이 곤충들은 약 10cm 이내에 우리 피부에서 나오는 열을 감지할 수 있습니다. 그리고 착륙하면 피부 온도를 직접 감지할 수 있습니다. 이 두 가지 감각은 열 전달의 세 가지 종류 중 두 가지, 즉 공기와 같은 매체에 의해 전달되는 열인 대류와 직접적인 접촉을 통한 열인 전도에 해당합니다. 그러나 열 에너지는 일반적으로 스펙트럼의 적외선(IR) 범위에 있는 전자기파로 변환될 때 더 먼 거리를 이동할 수도 있습니다. 그런 다음 IR은 닿는 모든 것을 가열할 수 있습니다. 살무사와 같은 동물은 따뜻한 먹이로부터 열 IR을 감지할 수 있으며, 팀은 모기와 같은 동물이 있는지 궁금해했습니다. 이집트숲모기그럴 수도 있습니다.

연구자들은 암컷 모기를 우리에 넣고 두 구역에서 숙주 탐색 활동을 측정했습니다. 각 구역은 인간의 냄새와 CO에 노출되었습니다.₂ 우리가 내쉬는 것과 같은 농도로. 그러나 단 하나의 영역만이 피부 온도의 소스로부터 IR에 노출되었습니다. 소스와 챔버를 분리한 장벽은 전도와 대류를 통한 열 교환을 방지했습니다. 그런 다음 그들은 마치 정맥을 찾는 것처럼 탐색하기 시작한 모기의 수를 세었습니다.

섭씨 34도 소스(피부 온도 정도)에서 열 IR을 추가하면 곤충의 숙주 탐색 활동이 두 배로 늘어났습니다. 이로 인해 적외선 복사는 모기가 우리를 찾는 데 사용하는 새로운 감각으로 기록되었습니다. 그리고 팀은 약 70cm(2.5피트)까지 효과가 유지된다는 사실을 발견했습니다.

DeBeaubien은 "이 작업에서 가장 인상 깊었던 점은 IR의 신호가 얼마나 강력했는지였습니다."라고 말했습니다. "모든 매개변수를 올바르게 설정한 후 결과는 부인할 수 없을 정도로 명확했습니다."

이전 연구에서는 열적외선이 모기 행동에 미치는 영향을 관찰하지 못했지만 수석 저자인 Craig Montell은 이것이 방법론에 따른 것이라고 의심합니다. 성실한 과학자는 다른 단서 없이 적외선 신호만 제시하여 곤충에 대한 열적 IR 효과를 분리하려고 시도할 수 있습니다. "그러나 단일 신호만으로는 숙주 탐색 활동을 자극하지 않습니다. 이는 CO 상승과 같은 다른 신호의 맥락에서만 가능합니다.₂ IR이 차이를 만드는 것은 사람의 냄새입니다."라고 Duggan이자 분자, 세포 및 발생 생물학 분야의 특훈교수인 Montell은 말했습니다. 실제로 그의 팀은 IR만 사용한 테스트에서도 동일한 사실을 발견했습니다. 즉, 적외선만으로는 아무런 영향을 미치지 않습니다.

적외선 감지 요령

모기가 가시광선을 감지하는 것과 같은 방식으로 열적외선을 감지하는 것은 불가능합니다. IR의 에너지는 동물의 눈에서 가시광선을 감지하는 로돕신 단백질을 활성화하기에는 너무 낮습니다. 약 700나노미터보다 긴 파장의 전자기 방사선은 로돕신을 활성화하지 않으며 체온에서 생성된 IR은 약 9,300nm입니다. 실제로 그렇게 긴 파장을 갖는 방사선에 의해 활성화되는 알려진 단백질은 없다고 Montell은 말했습니다. 그러나 IR을 감지하는 또 다른 방법이 있습니다.

태양이 방출하는 열을 생각해 보세요. 열은 IR로 변환되어 빈 공간을 통해 흐릅니다. IR이 지구에 도달하면 대기의 원자에 부딪혀 에너지가 전달되고 지구가 따뜻해집니다. Montell은 "열이 전자기파로 변환되고 다시 열로 변환됩니다"라고 말했습니다. 그는 태양에서 나오는 IR은 우리 몸의 열에 의해 생성된 IR과 파장이 다르다는 점에 주목했습니다. 그 이유는 파장이 광원의 온도에 따라 달라지기 때문입니다.

저자들은 아마도 IR을 생성하는 우리의 체온이 모기의 특정 뉴런에 닿아 이를 가열하여 활성화할 수 있다고 생각했습니다. 그러면 모기가 방사선을 간접적으로 감지할 수 있게 됩니다.

과학자들은 모기의 더듬이 끝에 열을 감지하는 뉴런이 있다는 것을 알고 있었습니다. 그리고 팀은 이러한 팁을 제거하면 IR을 감지하는 모기의 능력이 제거된다는 사실을 발견했습니다.

실제로 다른 연구실에서는 안테나 끝부분에서 온도에 민감한 단백질인 TRPA1을 발견했습니다. 그리고 UCSB 팀은 기능적 결함이 없는 동물을 관찰했습니다. trpA1 단백질을 암호화하는 유전자는 IR을 감지할 수 없습니다.

각 안테나의 끝부분에는 방사선 감지에 적합한 페그인피트(peg-in-pit) 구조가 있습니다. 피트는 페그를 전도성 및 대류 열로부터 보호하여 방향성이 높은 IR 방사선이 구조물에 유입되어 예열되도록 합니다. 그런 다음 모기는 기본적으로 온도 센서인 TRPA1을 사용하여 적외선을 감지합니다.

생화학에 뛰어들다

열에 의해 활성화된 TRPA1 채널의 활동만으로는 모기가 IR을 감지할 수 있는 범위를 완전히 설명하지 못할 수 있습니다. 이 단백질에만 의존하는 센서는 팀이 관찰한 70cm 범위에서는 유용하지 않을 수 있습니다. 이 거리에서는 페그인피트 구조에 의해 수집된 IR이 TRPA1을 활성화할 만큼 충분히 가열되지 않을 가능성이 높습니다.

다행스럽게도 Montell 그룹은 2011년 초파리에 대한 이전 연구를 바탕으로 더 민감한 온도 수용체가 있을 수 있다고 생각했습니다. 그들은 로돕신 계열에서 작은 온도 상승에 매우 민감한 몇 가지 단백질을 발견했습니다. 로돕신은 원래 빛 탐지기로만 생각되었지만 Montell의 연구팀은 특정 로돕신이 다양한 자극에 의해 촉발될 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그들은 이 그룹의 단백질이 시력뿐만 아니라 맛과 온도 감지에도 관여하는 매우 다재다능하다는 것을 발견했습니다. 연구진은 추가 조사를 통해 모기에서 발견된 10개의 로돕신 중 2개가 TRPA1과 동일한 더듬이 뉴런에서 발현된다는 사실을 발견했습니다.

TRPA1을 제거하면 IR에 대한 모기의 민감성이 제거되었습니다. 그러나 로돕신 Op1이나 Op2 중 하나에 결함이 있는 곤충은 영향을 받지 않았습니다. 두 로돕신을 함께 제거하더라도 IR에 대한 동물의 민감도가 완전히 제거되지는 않았지만 IR에 대한 감각이 크게 약화되었습니다.

그들의 결과는 모기가 더 가까운 거리(예: 약 1피트)에서 경험하는 것과 같은 더 강한 열 IR이 TRPA1을 직접 활성화한다는 것을 나타냅니다. 한편 Op1과 Op2는 낮은 수준의 열 IR에서 활성화된 다음 TRPA1을 간접적으로 트리거할 수 있습니다. 피부 온도는 일정하기 때문에 TRPA1의 감도를 확장하면 모기의 IR 센서 범위가 약 2.5피트까지 효과적으로 확장됩니다.

전술적 이점

세계 인구의 절반이 모기 매개 질병의 위험에 처해 있으며 매년 약 10억 명이 감염된다고 Chandel은 말했습니다. 게다가 기후 변화와 세계 여행으로 인해 활동 범위가 확대되었습니다. 이집트숲모기 열대 및 아열대 국가를 넘어 이 모기는 캘리포니아를 포함하여 불과 몇 년 전에는 발견되지 않았던 미국 내 여러 장소에 현재 존재합니다.

연구팀의 발견은 모기 개체수를 억제하는 방법을 개선하는 방법을 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 피부 온도 주변의 소스에서 열적 IR을 통합하면 모기 트랩을 더욱 효과적으로 만들 수 있습니다. 이번 연구 결과는 헐렁한 옷이 물림 예방에 특히 좋은 이유를 설명하는 데도 도움이 됩니다. 모기가 피부에 도달하는 것을 차단할 뿐만 아니라 IR이 피부와 옷 사이로 분산되어 모기가 이를 감지할 수 없도록 합니다.

"크기가 아주 작음에도 불구하고 모기는 다른 어떤 동물보다 인간의 죽음에 더 많은 책임이 있습니다"라고 DeBeaubien은 말했습니다. "우리의 연구는 모기가 인간을 표적으로 삼는 방법에 대한 이해를 높이고 모기 매개 질병의 전염을 통제할 수 있는 새로운 가능성을 제공합니다."

또한 Montell 팀의 이전 BASF 직원 Vincent Salgado와 그의 학생 Andreas Krumhotz가 이 연구에 기여했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240822181042.htm