Comment les moustiques ciblent les humains et leur tête

Les données relatives aux trajectoires de vol montrent comment les moustiques ciblent les humains.

L’inférence bayésienne est une technique statistique qui détermine, de manière probabiliste, les paramètres les plus plausibles d’un modèle à partir des données observées. Grâce à cette méthode, les chercheurs ont pu construire un modèle mathématique capable de reproduire les résultats expérimentaux avec une grande précision, tout en réduisant le comportement des moustiques à moins de 30 paramètres.

« La grande question était de savoir comment les moustiques repèrent une cible humaine », explique Cheng-Yi Fei, chercheuse postdoctorale au MIT. « Des études expérimentales avaient déjà été menées sur les signaux potentiellement importants, mais aucune n’avait été véritablement quantitative. »

Les moustiques possèdent deux modes de vol.

L’équipe de recherche a relâché deux moustiques femelles Aedes aegypti dans un espace expérimental clos et a enregistré leurs trajectoires de vol par incréments de 0,01 seconde à l’aide de deux caméras infrarouges. Les données obtenues à partir de 20 expériences totalisent plus de 53 millions de points, avec plus de 400 000 trajectoires de vol enregistrées. Il s’agit du plus grand ensemble de données jamais collecté pour une étude mesurant quantitativement le vol des moustiques.

L’expérience a débuté par la prise de photos de moustiques volant autour de sujets humains vêtus de vêtements sombres. Cette observation a révélé que les moustiques Aedes aegypti concentraient leurs attaques sur la tête humaine. Cette découverte fondamentale a constitué le point de départ de l’étude.

Ensuite, les chercheurs ont mené une expérience avec des sujets vêtus de noir d’un côté et de blanc de l’autre. Ils ont constaté que, bien que le dioxyde de carbone et les odeurs corporelles soient émis de manière égale des deux côtés du corps, les trajectoires de vol des moustiques se concentraient uniquement du côté noir. Aussi étrange que cela puisse paraître, ce résultat a clairement démontré que les stimuli visuels jouent un rôle important dans la recherche de cibles en l’absence de vent.

De plus, une analyse détaillée du vol des moustiques en milieu dépourvu de stimulants a révélé que leurs trajectoires de vol pouvaient être globalement classées en deux types. Le premier était l’état actif, durant lequel ils exploraient activement l’espace à une vitesse d’environ 0,7 mètre par seconde. Le second était l’état de repos, durant lequel ils volaient quasiment sans propulsion. Cet état de repos serait une phase préparatoire à l’atterrissage et a été observé plus fréquemment près du plafond de l’espace expérimental.

L’analyse des réactions des moustiques aux stimuli visuels a révélé qu’ils sont attirés par les objets sombres et ralentissent lorsqu’ils s’approchent à environ 40 centimètres. Cependant, en l’absence d’autres signaux tels que l’odeur corporelle, l’humidité ou la chaleur, les moustiques s’envolent souvent même après s’être approchés de leur cible. Cela suggère que les stimuli visuels seuls ne suffisent pas à déclencher l’atterrissage et la prise de sang.

La réaction aux sources de dioxyde de carbone était totalement différente. Les moustiques qui pénétraient dans un rayon d’environ 40 centimètres autour de la source de dioxyde de carbone ralentissaient brusquement à 0,2 m/s et se mettaient à voler de manière erratique, en oscillant sans direction précise. Des simulations numériques ont également montré que les moustiques peuvent détecter des concentrations de dioxyde de carbone aussi faibles que 0,1 % et que leur portée de détection s’étend jusqu’à environ 50 centimètres de la source.

De plus, la réaction des moustiques a changé de façon encore plus spectaculaire lorsque des stimuli visuels et du dioxyde de carbone étaient présentés simultanément. Les moustiques ont commencé à tourner autour de la cible, et un nombre significativement plus important d’entre eux se sont concentrés près de celle-ci que lorsque chaque stimulus était utilisé seul.

D’après les chercheurs, ce comportement n’a pas pu être reproduit par un modèle se contentant d’additionner les réponses à la vision et au dioxyde de carbone. Autrement dit, il est fort probable que plusieurs sources sensorielles s’influencent mutuellement au niveau cérébral.

Pourquoi les moustiques ciblent-ils la tête des humains ?

Pour tester la précision des prédictions du modèle mathématique, l’équipe de recherche a utilisé un sujet vêtu de blanc et coiffé d’une capuche noire comme « sphère noire émettant du dioxyde de carbone », afin d’évaluer la capacité du modèle à reproduire la distribution réelle des moustiques. Ils sont ainsi parvenus à prédire avec exactitude la densité de moustiques autour de la tête humaine. La tête, souvent perçue comme sombre par les moustiques et émettant une grande quantité de dioxyde de carbone, constitue un point de convergence de deux types de stimuli attractifs pour les moustiques.

De plus, afin de quantifier le risque de piqûres de moustiques, les chercheurs ont mesuré la distance à laquelle 50 % des trajectoires convergeaient autour de la cible, soit environ 65 cm en l’absence de stimulus. En revanche, avec un stimulus visuel seul, cette distance était d’environ 40 cm ; avec du dioxyde de carbone seul, d’environ 25 cm ; et avec une combinaison de stimulus visuel et de dioxyde de carbone, elle était réduite à environ 20 cm. Ceci a de nouveau démontré que les moustiques ont tendance à s’approcher davantage des humains lorsque plusieurs stimuli sensoriels se superposent.

Les chercheurs pensent que le modèle mathématique qu’ils ont mis au point permettra de pré-simuler et d’optimiser la conception des pièges à moustiques sur ordinateur. Ils espèrent également qu’il trouvera des applications pour d’autres espèces de moustiques, notamment l’ anophèle , vecteur du paludisme.

« Nos travaux suggèrent que les pièges à moustiques nécessitent des leurres multisensoriels spécifiquement calibrés pour maintenir l’attention des moustiques suffisamment longtemps pour être capturés », explique Jorn Dunkel, professeur au MIT. L’équipe propose désormais une application web interactive permettant aux utilisateurs de tester les modèles de vol de tous les moustiques étudiés.

JForum.Fr & WIRED