Embora uma picada de mosquito geralmente não passe de um incômodo temporário, em muitas partes do mundo ela pode ser assustadora. Uma espécie de mosquito, o Aedes aegypti, espalha os vírus que causam mais de 100.000.000 de casos de dengue, febre amarela, Zika e outras doenças todos os anos. Outra, o Anopheles gambiae, espalha o parasita que causa a malária. A Organização Mundial da Saúde estima que a malária sozinha causa mais de 400.000 mortes todos os anos. De fato, sua capacidade de transmitir doenças rendeu aos mosquitos o título de animal mais mortal.

Os mosquitos machos são inofensivos, mas as fêmeas precisam de sangue para o desenvolvimento dos ovos. Não é nenhuma surpresa que haja mais de 100 anos de pesquisa rigorosa sobre como eles encontram seus hospedeiros. Ao longo desse tempo, os cientistas descobriram que não há uma única pista na qual esses insetos confiem. Em vez disso, eles integram informações de muitos sentidos diferentes em várias distâncias.

Uma equipe liderada por pesquisadores da UC Santa Barbara adicionou outro sentido ao repertório documentado do mosquito: detecção infravermelha. A radiação infravermelha de uma fonte com aproximadamente a temperatura da pele humana dobrou o comportamento geral de busca de hospedeiros dos insetos quando combinada com CO 2 e odor humano.

Os mosquitos navegaram esmagadoramente em direção a essa fonte infravermelha enquanto buscavam o hospedeiro. Os pesquisadores também descobriram onde esse detector infravermelho está localizado e como ele funciona em um nível morfológico e bioquímico. Os resultados são detalhados no periódico Nature.

"O mosquito que estudamos, Aedes aegypti, é excepcionalmente habilidoso em encontrar hospedeiros humanos", disse o coautor principal Nicolas DeBeaubien, ex-aluno de graduação e pesquisador de pós-doutorado na UCSB no laboratório do Professor Craig Montell. "Este trabalho lança nova luz sobre como eles conseguem isso."

Está bem estabelecido que mosquitos como o Aedes aegypti usam várias pistas para se localizar em hospedeiros à distância. "Isso inclui CO 2 da nossa respiração exalada, odores, visão, calor [de convecção] da nossa pele e umidade dos nossos corpos", explicou o coautor principal Avinash Chandel, um atual pós-doutorado na UCSB no grupo de Montell.

"No entanto, cada uma dessas pistas tem limitações." Os insetos têm visão ruim, e um vento forte ou movimento rápido do hospedeiro humano pode atrapalhar o rastreamento dos sentidos químicos. Então, os autores se perguntaram se os mosquitos poderiam detectar uma pista direcional mais confiável, como a radiação infravermelha .

Em cerca de 10 cm, esses insetos podem detectar o calor subindo da nossa pele. E eles podem sentir diretamente a temperatura da nossa pele quando pousam. Esses dois sentidos correspondem a dois dos três tipos de transferência de calor: convecção, calor levado por um meio como o ar, e condução, calor via toque direto.

Mas a energia do calor também pode viajar distâncias maiores quando convertida em ondas eletromagnéticas, geralmente na faixa infravermelha (IR) do espectro. O IR pode então aquecer o que quer que atinja. Animais como víboras podem sentir o IR térmico de presas quentes, e a equipe se perguntou se mosquitos, como o Aedes aegypti, também poderiam.

Os pesquisadores colocaram mosquitos fêmeas em uma gaiola e mediram sua atividade de busca por hospedeiros em duas zonas. Cada zona foi exposta a odores humanos e CO 2 na mesma concentração que exalamos. No entanto, apenas uma zona também foi exposta a IR de uma fonte na temperatura da pele. Uma barreira separava a fonte da câmara impedia a troca de calor por condução e convecção. Eles então contaram quantos mosquitos começaram a sondar como se estivessem procurando por uma veia.

Adicionar infravermelho térmico de uma fonte de 34º Celsius (aproximadamente a temperatura da pele) dobrou a atividade de busca de hospedeiros dos insetos. Isso torna a radiação infravermelha um sentido recentemente documentado que os mosquitos usam para nos localizar. E a equipe descobriu que ela permanece eficaz até cerca de 70 cm (2,5 pés).

"O que mais me impressionou nesse trabalho foi o quão forte a sugestão IR acabou sendo", disse DeBeaubien. "Depois que acertamos todos os parâmetros, os resultados foram inegavelmente claros."

Estudos anteriores não observaram nenhum efeito do infravermelho térmico no comportamento do mosquito, mas o autor sênior Craig Montell suspeita que isso se resume à metodologia. Um cientista assíduo pode tentar isolar o efeito do infravermelho térmico em insetos apresentando apenas um sinal infravermelho sem nenhuma outra pista.

"Mas nenhuma dica isoladamente estimula a atividade de busca pelo hospedeiro. É somente no contexto de outras dica, como CO 2 elevado e odor humano que o IR faz a diferença", disse Montell, o Duggan e distinto professor de Biologia Molecular, Celular e do Desenvolvimento. Na verdade, sua equipe descobriu a mesma coisa em testes apenas com IR: o infravermelho sozinho não tem impacto.

Não é possível para os mosquitos detectarem radiação infravermelha térmica da mesma forma que detectariam a luz visível. A energia do IR é muito baixa para ativar as proteínas rodopsina que detectam a luz visível nos olhos dos animais. A radiação eletromagnética com um comprimento de onda maior que cerca de 700 nanômetros não ativará a rodopsina, e o IR gerado pelo calor do corpo é de cerca de 9.300 nm. Na verdade, nenhuma proteína conhecida é ativada por radiação com comprimentos de onda tão longos, disse Montell. Mas há outra maneira de detectar o IR.

Considere o calor emitido pelo sol. O calor é convertido em IR, que flui pelo espaço vazio. Quando o IR atinge a Terra, ele atinge átomos na atmosfera, transferindo energia e aquecendo o planeta. "Você tem calor convertido em ondas eletromagnéticas, que estão sendo convertidas de volta em calor", disse Montell. Ele observou que o IR vindo do sol tem um comprimento de onda diferente do IR gerado pelo calor do nosso corpo, já que o comprimento de onda depende da temperatura da fonte.

Os autores pensaram que talvez o calor do nosso corpo, que gera IR, pudesse então atingir certos neurônios no mosquito, ativando-os ao aquecê-los. Isso permitiria que os mosquitos detectassem a radiação indiretamente.

Cientistas sabiam que as pontas das antenas de um mosquito têm neurônios sensíveis ao calor. E a equipe descobriu que remover essas pontas eliminava a capacidade dos mosquitos de detectar IR.

De fato, outro laboratório encontrou a proteína sensível à temperatura, TRPA1, na ponta da antena. E a equipe da UCSB observou que animais sem um gene trpA1 funcional, que codifica a proteína, não conseguiam detectar IR.

A ponta de cada antena tem estruturas de pino em poço que são bem adaptadas para detectar radiação. O poço protege o pino do calor condutivo e convectivo, permitindo que a radiação IR altamente direcional entre e aqueça a estrutura. O mosquito então usa o TRPA1 — essencialmente um sensor de temperatura — para detectar radiação infravermelha.

Poços na ponta das antenas do mosquito protegem as estruturas semelhantes a pinos que detectam infravermelho térmico. Crédito: DeBeaubien e Chandel et al.

A atividade do canal TRPA1 ativado por calor por si só pode não explicar completamente o alcance em que os mosquitos foram capazes de detectar IR. Um sensor que dependesse exclusivamente dessa proteína pode não ser útil no alcance de 70 cm que a equipe observou. A essa distância, provavelmente não há IR suficiente coletado pela estrutura peg-in-pit para aquecê-la o suficiente para ativar o TRPA1.

Felizmente, o grupo de Montell pensou que poderia haver receptores de temperatura mais sensíveis com base em seu trabalho anterior com moscas-das-frutas em 2011. Eles encontraram algumas proteínas na família da rodopsina que eram bastante sensíveis a pequenos aumentos de temperatura.

Embora as rodopsinas fossem originalmente consideradas exclusivamente detectoras de luz, o grupo de Montell descobriu que certas rodopsinas podem ser acionadas por uma variedade de estímulos. Eles descobriram que proteínas neste grupo são bastante versáteis, envolvidas não apenas na visão, mas também no paladar e na detecção de temperatura. Após investigação mais aprofundada, os pesquisadores descobriram que duas das 10 rodopsinas encontradas em mosquitos são expressas nos mesmos neurônios antenais que o TRPA1.

Nocautear o TRPA1 eliminou a sensibilidade do mosquito ao IR. Mas insetos com falhas em qualquer uma das rodopsinas, Op1 ou Op2, não foram afetados. Mesmo nocautear as duas rodopsinas juntas não eliminou completamente a sensibilidade do animal ao IR, embora tenha enfraquecido significativamente o sentido.

Os resultados indicaram que um IR térmico mais intenso — como o que um mosquito experimentaria em um alcance mais próximo (por exemplo, cerca de 1 pé) — ativa diretamente o TRPA1. Enquanto isso, Op1 e Op2 podem ser ativados em níveis mais baixos de IR térmico e, então, indiretamente acionar o TRPA1. Como a temperatura da nossa pele é constante, estender a sensibilidade do TRPA1 efetivamente estende o alcance do sensor de IR do mosquito para cerca de 2,5 pés.

Metade da população mundial corre risco de doenças transmitidas por mosquitos, e cerca de um bilhão de pessoas são infectadas a cada ano, disse Chandel. Além disso, as mudanças climáticas e as viagens pelo mundo ampliaram os alcances do Aedes aegypti além dos países tropicais e subtropicais. Esses mosquitos agora estão presentes em lugares nos EUA onde nunca foram encontrados há apenas alguns anos, incluindo a Califórnia.

A descoberta da equipe pode fornecer uma maneira de melhorar os métodos para suprimir populações de mosquitos. Por exemplo, incorporar infravermelho térmico de fontes em torno da temperatura da pele pode tornar as armadilhas para mosquitos mais eficazes. As descobertas também ajudam a explicar por que roupas largas são particularmente boas para prevenir picadas. Elas não apenas impedem que o mosquito alcance nossa pele, mas também permitem que o infravermelho se dissipe entre nossa pele e a roupa para que os mosquitos não o detectem.

"Apesar do seu tamanho diminuto, os mosquitos são responsáveis por mais mortes humanas do que qualquer outro animal", disse DeBeaubien. "Nossa pesquisa aumenta a compreensão de como os mosquitos atacam os humanos e oferece novas possibilidades para controlar a transmissão de doenças transmitidas por mosquitos."

Além da equipe de Montell, Vincent Salgado, ex-BASF, e seu aluno, Andreas Krumhotz, contribuíram para este estudo.