Wie Mücken Menschen finden: Kohlendioxid, Wärme und Hautgeruch

Kohlendioxid leitet die Suche ein

Eine auf der Jagd befindliche Mücke beginnt mit einer Kohlendioxidfahne. Jeder Atemzug, den wir ausatmen, setzt es frei, und es treibt weit genug mit dem Wind, um ein Weibchen zu warnen, dass ein warmblütiger Wirt in der Nähe ist. Sorrells und Kollegen zeigten 2022 in eLife etwas Wichtiges über dieses erste Signal. Bei der Arbeit mit Aedes aegypti gaben sie einen einzelnen fünfsekündigen Kohlendioxidimpuls ab und beobachteten das Verhalten danach. Weibchen blieben mehr als zehn Minuten in einem erhöhten Jagdzustand und reagierten deutlich stärker auf Körperwärme. Manche fraßen bis zu vierzehn Minuten nach der ursprünglichen Exposition Blutersatzstoffe. Der Zustand trat nur bei ungefütterten Weibchen auf, die Blut suchten; kürzlich gefütterte Weibchen und Männchen zeigten ihn nicht. Kohlendioxid lockt also nicht nur an. Es versetzt die Mücke in einen anhaltenden Suchmodus.

Körperwärme und Infrarot auf kurze Distanz

Ist eine Mücke erst einmal in der Nähe, wird Wärme zu einem brauchbaren Kompass. Chandel und Kollegen zeigten 2024 in Nature, dass weibliche Aedes aegypti die von menschlicher Haut ausgehende thermische Infrarotstrahlung wahrnehmen. Die Autoren beschreiben Infrarot als hervorragenden gerichteten Hinweis für die mittlere Distanz, der neben anderen Sinnen wirkt und nicht allein. Weibchen bevorzugten eine Infrarotquelle bis zu etwa 70 cm Entfernung; darüber hinaus fiel die Präferenz stark ab und erreichte bei 80 cm einen Präferenzindex von 0,15, bei 90 cm keinen mehr. Die Zugabe von Kohlendioxid, menschlichem Geruch und Infrarot bei 34 Grad Celsius verdoppelte das Wirtsfindungsverhalten. Der Wirtsfindungsindex stieg von 6,50 % auf 12,93 %. Die Anlockung erreichte bei 34 Grad Celsius, der Temperatur menschlicher Haut, ihren Höhepunkt.

Der molekulare Schalter für die Wärmewahrnehmung

Der Infrarothinweis beruht auf einem bestimmten hitzeaktivierten Kanal. Chandel und Kollegen stellen fest, dass die Wahrnehmung von thermischem Infrarot TRPA1 erfordert, einen Ionenkanal, der in Neuronen an der Spitze der Mückenantenne exprimiert wird. Zwei Opsine liegen in diesen Neuronen daneben und erhöhen die Empfindlichkeit, wenn die Infrarotintensität niedrig ist. Das System verhält sich wie ein auf Haut abgestimmtes Thermometer. Die Präferenz folgte dem Temperaturunterschied zwischen Ziel und umgebender Luft, sodass der Hinweis verblasst, wenn sich die Umgebung der Hauttemperatur nähert. Diese Einzelheit erklärt, warum Mücken am heißesten Teil eines sehr warmen Tages weniger jagen und warum die Kombination der Hinweise zählt. Wärme allein vollendet selten den Weg; sie verengt den letzten Anflug, sobald Kohlendioxid und Geruch das Insekt bereits nahe gebracht haben.

Hautgeruch ist persönlich

Verschiedene Menschen ziehen unterschiedlich viele Stiche an, und De Obaldia und Kollegen untersuchten warum. In Cell beschrieben sie 2022, dass sie 64 gesunde Personen testeten. Jede trug nach dem Waschen sechs Stunden lang Nylonärmel an den Unterarmen, und der getragene Stoff kam in Zwei-Wahl-Olfaktometertests mit Aedes aegypti. Das Team führte mehr als 2.330 Verhaltenstests an 174 Versuchstagen durch. Die Präferenzen erwiesen sich über Monate und Jahre als bemerkenswert stabil und hielten bei zwei Wildtyp-Mückenstämmen. Die attraktivste Person erzielte einen viermal höheren Wert als die nächstattraktivste und über 100 Mal höher als die beiden am wenigsten attraktiven. Chemische Arbeiten verknüpften diese Rangfolge mit erhöhten Carbonsäuren der Haut, insbesondere Pentadecansäure, Heptadecansäure und Nonadecansäure.

Kein einzelner Rezeptor erklärt die Attraktivität

Das Team von De Obaldia prüfte außerdem, ob ein einzelner Rezeptorweg steuert, wie attraktiv ein Mensch erscheint. Mutante Mücken ohne die ionotropen Rezeptor-Corezeptoren Ir8a, Ir25a oder Ir76b zeigten insgesamt eine stark verringerte Anziehung durch menschlichen Geruch, unterschieden aber weiterhin hoch attraktive von schwach attraktiven Personen. Orco-Mutanten behielten die Rangfolge des Wildtyps bei. Das Ergebnis bedeutet, dass kein einzelner Rezeptorweg den Unterschied zwischen Menschen erklärt. Geruchsstoffgemische, Säurewerte und weitere Verbindungen tragen alle dazu bei. Für Leser, die persönliche Stichraten verstehen wollen, ist das ein nützlicher Kontext. Attraktivität ist kein einzelner chemischer Stoff und kein einzelnes Gen in der Mücke. Sie ist ein zusammengesetztes Signal der menschlichen Haut, das das Insekt über mehrere parallele Systeme liest.

Hautbakterien prägen das Gemisch

Hautmikroben tragen zur Bildung der Chemikalien bei, die Mücken riechen. Verhulst und Kollegen veröffentlichten 2011 in PLoS ONE eine Studie, die dies mit Anopheles gambiae sensu stricto, einem Malariaüberträger, untersuchte. 48 erwachsene männliche Freiwillige im Alter von 20 bis 64 Jahren nahmen teil, und die von ihren Füßen gewonnenen Ausdünstungen wurden in Olfaktometer-Biotests gegen einen Ammoniakstandard getestet. Hoch attraktive Personen wiesen eine signifikant höhere Bakterienmenge, aber eine geringere Vielfalt auf als wenig attraktive Personen. Bei einer Sequenzierungstiefe von 1000 war die phylogenetische Vielfalt in der wenig attraktiven Gruppe um 38 Prozent höher. Staphylococcus-Arten waren in der hoch attraktiven Gruppe 2,62-mal häufiger, während Pseudomonas-Arten in der wenig attraktiven Gruppe 3,11-mal häufiger waren. Die Autoren schließen, dass die Zusammensetzung der Hautmikrobiota die Anziehung durch den Wirt direkt beeinflusst.

Warum das für die Vorbeugung wichtig ist

Die Vorliebe für menschliches Blut ist teils ein erbliches Merkmal von Mückenpopulationen, keine feste Eigenschaft jeder Art. McBride und Kollegen untersuchten 2014 in Nature domestizierte und wilde Formen von Aedes aegypti in Kenia. Weibchen aus dem Wald bevorzugten ein Meerschweinchen, während domestizierte Weibchen den Menschen leicht bevorzugten und insgesamt etwa doppelt so häufig reagierten. Die Autoren brachten diese Verschiebung mit einer erhöhten Expression und Ligandenempfindlichkeit des Geruchsrezeptors Or4 in Verbindung, der auf eine menschliche Duftfraktion reagiert, die 6-Methyl-5-hepten-2-on entspricht, bekannt als Sulcaton. In den untersuchten Populationen segregierten sieben wichtige Or4-Allele, und beide Effekte zusammen erklärten 92 % der Variation. Diese Forschung erklärt, warum Kohlendioxid, Wärme und Hautchemie zu einem so wirksamen Jagdsystem zusammenwirken und warum physische Barrieren und korrekt spezifizierte Repellents weiterhin praktischen Schutz bieten.

Sources

• Nature: Thermisches Infrarot steuert das Wirtsfindungsverhalten von Aedes aegypti
• Cell: Unterschiedliche Anziehung von Menschen durch Mücken hängt mit dem Gehalt an Carbonsäuren aus der Haut zusammen
• eLife: Ein anhaltender Verhaltenszustand ermöglicht Mücken das anhaltende Beutemachen an Menschen
• PLoS ONE: Zusammensetzung der menschlichen Hautmikrobiota beeinflusst die Attraktivität für Malaria-Mücken
• Nature: Entwicklung der Mückenpräferenz für Menschen im Zusammenhang mit einem Geruchsrezeptor