Les moustiques détectent les infrarouges de la chaleur corporelle pour aider à traquer les humains, selon une étude

Bien qu’une piqûre de moustique ne soit souvent qu’un désagrément passager, dans de nombreuses régions du monde, elle peut être effrayante. Une espèce de moustique, Aedes aegypti, transmet les virus responsables de plus de 100 millions de cas de dengue, de fièvre jaune, de Zika et d’autres maladies chaque année. Une autre espèce, Anopheles gambiae, transmet le parasite responsable du paludisme. L’Organisation mondiale de la santé estime que le paludisme à lui seul provoque plus de 400 000 décès chaque année. En effet, leur capacité à transmettre des maladies a valu aux moustiques le titre d’animal le plus mortel.

Les moustiques mâles sont inoffensifs, mais les femelles ont besoin de sang pour développer leurs œufs. Il n’est donc pas surprenant que des recherches rigoureuses aient été menées depuis plus de 100 ans sur la manière dont ils trouvent leurs hôtes. Au fil du temps, les scientifiques ont découvert que ces insectes ne se basent pas sur un seul signal. Au lieu de cela, ils intègrent des informations provenant de nombreux sens différents sur différentes distances.

Une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université de Californie à Santa Barbara a ajouté un nouveau sens au répertoire documenté du moustique : la détection infrarouge. Le rayonnement infrarouge provenant d’une source dont la température est à peu près celle de la peau humaine a doublé le comportement global de recherche d’hôte des insectes lorsqu’il était combiné au CO2 et à l’odeur humaine.

Les moustiques se sont dirigés massivement vers cette source infrarouge pour rechercher un hôte. Les chercheurs ont également découvert où se trouve ce détecteur infrarouge et comment il fonctionne au niveau morphologique et biochimique. Les résultats sont détaillés dans la revue Nature.

« Le moustique que nous étudions, Aedes aegypti, est particulièrement doué pour trouver des hôtes humains », a déclaré Nicolas DeBeaubien, co-auteur principal de l’étude, ancien étudiant diplômé et chercheur postdoctoral à l’UCSB dans le laboratoire du professeur Craig Montell. « Ces travaux jettent un nouvel éclairage sur la manière dont ils y parviennent. »

Guidé par infrarouge thermique

Il est bien établi que les moustiques comme Aedes aegypti utilisent de multiples signaux pour se diriger vers leurs hôtes à distance. « Il s’agit notamment du CO2 provenant de notre souffle expiré, des odeurs, de la vision, [convection] « La chaleur de notre peau et l’humidité de notre corps », a expliqué le co-auteur principal Avinash Chandel, actuellement postdoctorant à l’UCSB dans le groupe de Montell.

« Cependant, chacun de ces signaux a ses limites. » Les insectes ont une mauvaise vue, et un vent fort ou un mouvement rapide de l’hôte humain peuvent perturber leur détection des sens chimiques. Les auteurs se sont donc demandé si les moustiques pouvaient détecter un signal directionnel plus fiable, comme le rayonnement infrarouge.

Dans un rayon d’environ 10 cm, ces insectes peuvent détecter la chaleur qui monte de notre peau. Et ils peuvent directement ressentir la température de notre peau une fois qu’ils se posent. Ces deux sens correspondent à deux des trois types de transfert de chaleur : la convection, la chaleur transportée par un milieu comme l’air, et la conduction, la chaleur par contact direct.

Mais l’énergie thermique peut également parcourir de plus longues distances lorsqu’elle est convertie en ondes électromagnétiques, généralement dans la gamme infrarouge (IR) du spectre. L’IR peut alors chauffer tout ce qu’il touche. Des animaux comme les vipères peuvent détecter l’IR thermique de leurs proies chaudes, et l’équipe s’est demandé si les moustiques, comme l’Aedes aegypti, en étaient également capables.

Les chercheurs ont placé des moustiques femelles dans une cage et ont mesuré leur activité de recherche d’hôte dans deux zones. Chaque zone a été exposée aux odeurs humaines et au CO2 à la même concentration que celle que nous expirons. Cependant, une seule zone a également été exposée aux IR provenant d’une source à la température de la peau. Une barrière séparait la source de la chambre pour empêcher l’échange de chaleur par conduction et convection. Ils ont ensuite compté combien de moustiques ont commencé à sonder comme s’ils cherchaient une veine.

L’ajout d’IR thermiques provenant d’une source à 34°C (environ la température de la peau) a doublé l’activité de recherche d’hôtes des insectes. Cela fait du rayonnement infrarouge un sens nouvellement documenté que les moustiques utilisent pour nous localiser. Et l’équipe a découvert qu’il reste efficace jusqu’à environ 70 cm (2,5 pieds).

« Ce qui m’a le plus frappé dans ce travail, c’est la force de l’indice IR », a déclaré DeBeaubien. « Une fois que nous avons réglé tous les paramètres correctement, les résultats étaient indéniablement clairs. »

Les études précédentes n’ont observé aucun effet de l’infrarouge thermique sur le comportement des moustiques, mais l’auteur principal Craig Montell pense que cela est dû à une question de méthodologie. Un scientifique assidu pourrait essayer d’isoler l’effet de l’infrarouge thermique sur les insectes en ne présentant qu’un signal infrarouge sans aucun autre signal.

« Mais un seul signal ne suffit pas à stimuler l’activité de recherche d’hôte. C’est seulement dans le contexte d’autres signaux, comme un taux élevé de CO2 et l’odeur humaine, que l’IR fait une différence », a déclaré Montell, professeur émérite de biologie moléculaire, cellulaire et développementale à la Duggan University. En fait, son équipe a constaté la même chose lors de tests avec uniquement l’IR : l’infrarouge seul n’a aucun impact.

Une astuce pour détecter l’infrarouge

Les moustiques ne peuvent pas détecter le rayonnement infrarouge thermique de la même manière qu’ils détecteraient la lumière visible. L’énergie de l’IR est bien trop faible pour activer les protéines rhodopsines qui détectent la lumière visible dans les yeux des animaux. Le rayonnement électromagnétique d’une longueur d’onde supérieure à 700 nanomètres n’active pas la rhodopsine, et l’IR généré par la chaleur corporelle est d’environ 9 300 nm. En fait, aucune protéine connue n’est activée par un rayonnement d’une longueur d’onde aussi longue, a déclaré Montell. Mais il existe une autre façon de détecter l’IR.

Prenons l’exemple de la chaleur émise par le soleil. Cette chaleur est convertie en infrarouge, qui circule dans l’espace vide. Lorsque l’infrarouge atteint la Terre, il frappe les atomes de l’atmosphère, transférant de l’énergie et réchauffant la planète. « La chaleur est convertie en ondes électromagnétiques, qui sont à leur tour reconverties en chaleur », explique Montell. Il a noté que l’infrarouge provenant du soleil a une longueur d’onde différente de l’infrarouge généré par la chaleur de notre corps, puisque la longueur d’onde dépend de la température de la source.

Les auteurs ont pensé que la chaleur corporelle, qui génère des IR, pourrait alors atteindre certains neurones du moustique et les activer en les chauffant. Cela permettrait aux moustiques de détecter indirectement le rayonnement.

Les scientifiques savaient que les extrémités des antennes des moustiques étaient dotées de neurones sensibles à la chaleur. L’équipe a découvert que le retrait de ces extrémités éliminait la capacité des moustiques à détecter les infrarouges.

En effet, un autre laboratoire a découvert la protéine sensible à la température, TRPA1, à l’extrémité de l’antenne. Et l’équipe de l’UCSB a observé que les animaux dépourvus du gène fonctionnel trpA1, qui code pour la protéine, ne pouvaient pas détecter les infrarouges.

L’extrémité de chaque antenne est dotée d’une structure en forme de piquet dans une cavité, bien adaptée à la détection des radiations. La cavité protège le piquet de la chaleur conductrice et convective, permettant au rayonnement infrarouge hautement directionnel de pénétrer dans la structure et de la réchauffer. Le moustique utilise ensuite TRPA1, essentiellement un capteur de température, pour détecter le rayonnement infrarouge.

Plongée dans la biochimie

L’activité du canal TRPA1 activé par la chaleur ne suffit peut-être pas à elle seule à expliquer la portée sur laquelle les moustiques sont capables de détecter l’IR. Un capteur qui s’appuierait exclusivement sur cette protéine pourrait ne pas être utile à la portée de 70 cm observée par l’équipe. À cette distance, il est probable que la structure en forme de cheville ne capte pas suffisamment d’IR pour la chauffer suffisamment pour activer TRPA1.

Heureusement, le groupe de Montell pensait qu’il pourrait y avoir des récepteurs de température plus sensibles en fonction de leurs travaux antérieurs sur les mouches à fruits en 2011. Ils avaient trouvé quelques protéines de la famille des rhodopsines qui étaient assez sensibles à de petites augmentations de température.

Bien que les rhodopsines aient été initialement considérées comme des détecteurs de lumière, le groupe de Montell a découvert que certaines d’entre elles peuvent être déclenchées par une variété de stimuli. Ils ont découvert que les protéines de ce groupe sont très polyvalentes, impliquées non seulement dans la vision, mais aussi dans la détection du goût et de la température. Après des recherches plus poussées, les chercheurs ont découvert que deux des dix rhodopsines présentes chez les moustiques sont exprimées dans les mêmes neurones antennaires que TRPA1.

L’inactivation du TRPA1 a éliminé la sensibilité du moustique aux IR. En revanche, les insectes présentant des défauts dans l’une des rhodopsines, Op1 ou Op2, n’ont pas été affectés. Même l’inactivation simultanée des deux rhodopsines n’a pas complètement éliminé la sensibilité de l’animal aux IR, bien qu’elle ait considérablement affaibli ce sens.

Leurs résultats ont montré qu’un IR thermique plus intense, comme celui qu’un moustique ressentirait à une distance plus proche (par exemple, à environ 30 cm), active directement TRPA1. Parallèlement, Op1 et Op2 peuvent être activés à des niveaux inférieurs d’IR thermique, puis déclencher indirectement TRPA1. Comme la température de notre peau est constante, l’augmentation de la sensibilité de TRPA1 étend effectivement la portée du capteur IR du moustique à environ 0,8 m.

Un avantage tactique

La moitié de la population mondiale est exposée aux maladies transmises par les moustiques, et environ un milliard de personnes sont infectées chaque année, a déclaré Chandel. De plus, le changement climatique et les voyages à travers le monde ont étendu l’aire de répartition d’Aedes aegypti au-delà des pays tropicaux et subtropicaux. Ces moustiques sont désormais présents dans des endroits des États-Unis où ils n’étaient pas présents il y a seulement quelques années, notamment en Californie.

La découverte de l’équipe pourrait permettre d’améliorer les méthodes de lutte contre les populations de moustiques. Par exemple, l’intégration de l’IR thermique provenant de sources proches de la température de la peau pourrait rendre les pièges à moustiques plus efficaces. Les résultats aident également à expliquer pourquoi les vêtements amples sont particulièrement efficaces pour prévenir les piqûres. Non seulement ils empêchent le moustique d’atteindre notre peau, mais ils permettent également à l’IR de se dissiper entre notre peau et les vêtements, de sorte que les moustiques ne peuvent pas les détecter.

« Malgré leur petite taille, les moustiques sont responsables de plus de décès chez les humains que n’importe quel autre animal », a déclaré DeBeaubien. « Nos recherches permettent de mieux comprendre comment les moustiques ciblent les humains et offrent de nouvelles possibilités de contrôle de la transmission des maladies transmises par les moustiques. »

En plus de l’équipe Montell, Vincent Salgado, anciennement de BASF, et son étudiant, Andreas Krumhotz, ont contribué à cette étude.