Gehörlose männliche Mücken paaren sich nicht, finden Forscher

Romantik ist eine komplexe Angelegenheit zwischen Menschen. Es gibt Persönlichkeit, Aussehen, Attraktivität und alle möglichen physischen und sozialen Merkmale. Mücken sind viel direkter. Die Paarung findet einige Sekunden lang in der Luft statt. Und alles, was es braucht, um einen Mann zu verführen, ist der Klang der Flügelschläge einer Frau. Stellen Sie sich die Überraschung der Forscher vor, als eine einzige Veränderung die Libido der Mücken vollständig zerstörte.

Nun kommt eine Studie der UC Santa Barbara zu dem Ergebnis, dass das wirklich alles ist. Forscher im Labor von Professor Craig Montell schufen taube Mücken und stellten fest, dass die Männchen überhaupt kein Interesse an der Paarung hatten. “Man könnte sie tagelang bei den Weibchen lassen, und sie paaren sich nicht”erklärte Montell.

Eine radikale Veränderung war einfach herbeizuführen. “Das Fehlen eines einzelnen Gens, trpVa, hatte diesen tiefgreifenden Effekt auf das Paarungsverhalten der Mücken”erklärte Co-Hauptautor Dhananjay Thakur, Postdoktorand in der Abteilung für Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften könnte erhebliche Auswirkungen darauf haben, wie wir die Übertragung von Krankheiten bewältigen, indem wir die Populationen von Vektormücken wie Aedes aegypti, die jedes Jahr Hunderte Millionen Menschen mit krankheitserregenden Viren infizieren, besser kontrollieren.

Schneidige Skeeters

“An Sommerabenden sehen wir oft Mückenschwärme, die sich am Wasser oder unter Straßenlaternen versammeln. Bei diesen Zusammenkünften handelt es sich im Wesentlichen um Massenpaarungen”sagte Co-Hauptautor Yijin Wang, ein ehemaliger Postdoktorand an der UCSB. Obwohl Mücken über eine außergewöhnliche Fortpflanzungsfähigkeit verfügen, ist das Verständnis der molekularen und neurologischen Mechanismen bei Wissenschaftlern noch begrenzt.

Die Balz von Aedes aegypti läuft typischerweise wie folgt ab: Weibchen schlagen mit den Flügeln mit etwa 500 Hz. Wenn Männchen dies hören, fliegen sie summend mit etwa 800 Hz davon. Auch Männchen modulieren diese Frequenz schnell. Dann gibt es ein kurzes Rendezvous während des Fluges und die Liebenden gehen getrennte Wege. Männchen sind immer auf der Suche nach neuen potenziellen Partnern, aber ein Weibchen, das sich erfolgreich gepaart hat, wird dies in der Regel nicht noch einmal tun.

Montell und die Co-Hauptautoren Yijin Wang, Thakur und Emma Duge vermuteten, dass das Gehör bei diesem Verhalten eine Rolle spielte, und untersuchten daher die Hörneuronen des Insekts. Diese befinden sich an der Basis der Antennen in einer Struktur, die Johnston-Organ genannt wird.

Antennen sind großartige multisensorische Geräte, vollgepackt mit olfaktorischen, mechanosensorischen und sogar thermischen Infrarot-Sensillen, wie Montells Labor kürzlich herausfand. In der aktuellen Studie konzentrierte sich das Team auf einen bestimmten Sinneskanal namens TRPVa – und das entsprechende Gen, trpVa – das Mückenanalogon eines Kanals, der für das Hören bei Fruchtfliegen erforderlich ist.

Das Team nutzte CRISPR-Cas9, um das Gen auszuschalten, das für TRPVa in Aedes aegypti-Mücken kodiert. Die resultierenden Tiere reagierten nicht auf das Geräusch. Tatsächlich fanden sie heraus, dass der Ton keine elektrische Aktivität in Neuronen in Johnstons Organ verursachte. Die Insekten waren wirklich taub.

Und als die Täter gehörlose Männer mit Frauen in ein Zimmer steckten, passierte nichts. “Wenn sie den Flügelschlag des Weibchens nicht hören, haben sie kein Interesse.”sagte Montell. Ihre hörenden Artgenossen hingegen verschwendeten keine Zeit und wurden aktiv: Sie paaren sich innerhalb weniger Minuten mehrmals.

Ein romantischer Soundtrack

Das Gehör ist für Männchen nicht nur zur Paarung notwendig, es scheint auch auszureichen, um ihre Wünsche zu wecken. Als die Autoren normalen Männern das Geräusch weiblicher Flügelschläge vorspielten, reagierten sie normalerweise mit Bauchstößen. Sie waren bereit, Maßnahmen zu ergreifen. Die tauben Männer zitterten kaum.

Die Frauen waren jedoch eine andere Geschichte. Gehörlose Frauen hatten immer noch ein wenig Verlangen in sich. “Die Auswirkungen auf die Frau sind minimal, aber die Auswirkungen auf den Mann sind absolut”sagte Montell. Das Team plant, diese Unterschiede in zukünftigen Arbeiten zu untersuchen.

“Ich denke, der Grund, warum unsere große Entdeckung so schockierend ist, liegt darin, dass das Paarungsverhalten der meisten Organismen von einer Kombination mehrerer Sinnessignale abhängt”sagte Duge, einer von Montells Doktoranden. “Die Tatsache, dass das Entfernen nur eines Sinnes die Paarung vollständig abschaffen kann, ist faszinierend.”

Und die Autoren glauben, dass ihre Erkenntnisse – die Rolle von Geräuschen bei der Paarung und die Funktion von TRPVa beim Hören – auf andere Mückenarten übertragbar sind.

trpVa wird im OJ mit sexuell dimorphen axonalen Projektionen ausgedrückt. (A) Karikatur eines männlichen Kopfes. (B und C) Expression des trpVa-Reporters (trpVaQF2>QUAS-mCD8-GFP) in einem Querschnitt eines männlichen OJ. mCD8-GFP (trpVa-Reporter) wurde mit Anti-mCD8 (grün) nachgewiesen und F-Actin wurde mit fluoreszierend markiertem Phalloidin (magenta) markiert. Gekennzeichnet sind Regionen mit Skolopidien vom Typ A bis D. (D–F) Axonale Projektionen, markiert mit dem trpVa-Reporter in einem männlichen Gehirn. Anti-nc82 (Magenta) markiert Neuropils umfassend im gesamten Gehirn (40). (G) Karikatur eines weiblichen Kopfes. (H und I) Expression des trpVa-Reporters in einem Querschnitt eines OJ einer Frau. (J–L) Axonale Projektionen, markiert mit dem trpVa-Reporter in einem weiblichen Gehirn. Kredit: Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2024). DOI: 10.1073/pnas.2404324121

Schauen Sie hinein

Die Physiologie einer Mücke zeigt, wie wichtig das Hören für diese Insekten ist. Männliche Mücken haben von allen bekannten Insekten die größte Anzahl an Hörneuronen, erklärte Montell. Frauen haben halb so viele. Das ist immer noch viel, aber für Männer ist das Hören viel entscheidender.

Um herauszufinden, welche Neuronen das trpVa-Gen exprimieren, fügten die Autoren dem Mückengenom ein Gen hinzu, das für grün fluoreszierendes Protein kodiert. Sie taten dies so, dass das fluoreszierende Protein indirekt unter der Kontrolle des trpVa-Promotors exprimiert wurde.

Ein Promotor ist eine DNA-Sequenz, die sich normalerweise am Anfang eines Gens befindet, wo Enzyme binden, um die Transkription zu initiieren, was in diesem Fall die Produktion dieser grün fluoreszierenden Proteine ​​auslöst. Nun würden die mutierten Mücken an allen Stellen grün fluoreszierende Proteine ​​produzieren, an denen normalerweise TRPVa produziert würde. Somit lieferten dieselben Mücken Testpersonen für das Experiment und eine hellgrüne Karte der TRPVa-Expression für die Analyse.

Es überrascht nicht, dass das Team herausfand, dass trpVa im Johnston-Organ exprimiert wird. Und sie konnten die Wege der Hörneuronen von dort bis zum Gehirn deutlich verfolgen und die Unterschiede in diesen Wegen zwischen männlichen und weiblichen Mücken erkennen.

Ablenkung durch Mücken im Garten

Die von der Mücke Aedes aegypti übertragenen Krankheitserreger infizieren jedes Jahr etwa 400 Millionen Menschen, von denen etwa 100 Millionen an Krankheiten wie Dengue-Fieber, Zika-Fieber und Gelbfieber erkranken. Das bedeutet, dass uns das Verständnis seines Verhaltens und Lebenszyklus Werkzeuge und Informationen zur Krankheitsprävention liefern kann.

Eine mögliche Methode zur Bekämpfung von Insektenüberträgern ist die Sterile-Insekten-Technik (SIT), bei der eine große Anzahl steriler Männchen zur Paarung mit Weibchen freigelassen wird. Bei einigen Insekten, beispielsweise Mücken, hindert eine erfolgreiche Paarung die Weibchen daran, andere Partner zu suchen. Und wenn sich das Weibchen mit einem unfruchtbaren Männchen paart, bringt es keine Nachkommen hervor. Theoretisch kann dies die Bevölkerung unterdrücken.

Die Technik funktioniert wunderbar gegen bestimmte landwirtschaftliche Schädlinge wie die Kalifornische Medfly. “Die Tatsache, dass Sie noch nie von diesem Schädling gehört haben, ist ein Beweis für den Erfolg von SIT, denn vor 30 Jahren war er überall in den Nachrichten”sagte Montell.

Der Erfolg der SIT bei Aedes aegypti wird jedoch durch die Konkurrenzfähigkeit unfruchtbarer Männchen begrenzt; Sie müssen zuerst Frauen ansprechen, damit der Trick funktioniert. Derzeit führt die Technik nicht zu einer ausreichenden Unterdrückung der Mückenpopulationen, so dass diese unter den kritischen Schwellenwert fallen und zu einem Rückgang der Population führen.

Angesichts der zentralen Rolle des Hörens bei der Mückenwerbung könnte trpVa ein Ziel sein, um die Wirksamkeit der SIT zu erhöhen. Montells Labor arbeitet an mehreren Möglichkeiten, sterile Männchen zu erzeugen, die ihre natürlichen Gegenstücke übertreffen können. Hoffentlich ist der Trick so einfach wie der dieser unprätentiösen Liebhaber.