Penyakit-penyakit menular yang dibawa nyamuk—seperti malaria, demam berdarah, dan demam Zika—merenggut lebih dari 770.000 nyawa di seluruh dunia setiap tahunnya. Memahami cara nyamuk menemukan manusia sejak lama menjadi tantangan dalam mengendalikan penyebaran penyakit-penyakit ini. Namun, belum banyak yang diketahui tentang bagaimana nyamuk mengintegrasikan berbagai isyarat, termasuk informasi visual dan karbon dioksida, untuk mendekati targetnya.
Dalam konteks ini, tim riset yang dipimpin oleh Georgia Institute of Technology dan Massachusetts Institute of Technology telah berhasil menurunkan secara otomatis sebuah model dinamis yang mengatur penerbangan nyamuk dengan menerapkan metode statistik inferensi Bayes pada sejumlah besar data yang merekam pergerakan nyamuk.
Inferensi Bayes merupakan sebuah teknik statistik yang menentukan parameter model paling masuk akal secara probabilistik dari data yang diamati. Dengan metode ini, para peneliti berhasil menyusun model matematika yang dapat mereproduksi hasil eksperimen dengan akurasi tinggi sambil memadatkan perilaku nyamuk menjadi kurang dari 30 parameter.
“Pertanyaan besarnya adalah, bagaimana nyamuk menemukan target manusia?” jelas Cheng-Yi Fei, seorang peneliti pascadoktoral di MIT. “Sebelumnya ada studi-studi eksperimental tentang isyarat apa saja yang mungkin penting. Tapi belum ada yang benar-benar kuantitatif.”
Nyamuk Memiliki Dua Mode Penerbangan
Tim riset melepaskan dua ekor nyamuk *Aedes aegypti* betina ke dalam ruang eksperimen tertutup dan merekam lintasan terbang mereka dalam interval 0,01 detik menggunakan dua kamera inframerah. Data yang diperoleh dari total 20 eksperimen melebihi 53 juta titik, dengan lebih dari 400.000 lintasan terbang terekam. Ini merupakan kumpulan data terbesar yang pernah dikumpulkan untuk studi yang mengukur penerbangan nyamuk secara kuantitatif.
Eksperimen dimulai dengan memotret nyamuk yang terbang di sekitar subjek manusia, yang mengenakan pakaian berwarna gelap. Pengamatan ini mengungkapkan bahwa nyamuk *Aedes aegypti* memusatkan pendekatan mereka pada kepala manusia. Ini merupakan temuan fundamental yang menjadi titik awal bagi seluruh penelitian.
Selanjutnya, para peneliti bereksperimen dengan subjek yang berpakaian hitam di satu sisi dan putih di sisi lain. Mereka menemukan bahwa meskipun karbon dioksida dan bau badan dipancarkan secara merata dari kedua sisi tubuh, lintasan terbang nyamuk hanya terkonsentrasi di sisi yang berwarna hitam. Meski terlihat aneh pada pandangan pertama, hasil ini dengan jelas menunjukkan bahwa rangsangan visual memainkan peran penting dalam pencarian target di lingkungan tanpa angin.
Lebih lanjut, analisis mendetail terhadap nyamuk yang terbang di lingkungan bebas stimulan mengungkapkan bahwa pola terbang mereka dapat diklasifikasikan secara luas menjadi dua tipe. Satu adalah *state* aktif, di mana mereka aktif menjelajahi ruang sambil mempertahankan kecepatan sekitar 0,7 meter per detik. Satunya lagi adalah *state* menganggur, di mana mereka terbang hampir tanpa menggunakan daya dorong. *State* menganggur diduga merupakan tahap persiapan untuk mendarat dan lebih sering diamati di dekat langit-langit ruang eksperimen.
Analisis respons nyamuk terhadap rangsangan visual mengungkapkan bahwa nyamuk tertarik pada objek gelap dan melambat ketika berada dalam jarak sekitar 40 sentimeter. Namun, tanpa isyarat tambahan seperti bau badan, kelembapan, atau panas, nyamuk seringkali terbang menjauh bahkan setelah mendekati targetnya. Hal ini menunjukkan bahwa rangsangan visual saja tidak cukup untuk memicu pendaratan dan penghisapan darah.
Respons terhadap sumber karbon dioksida sama sekali berbeda. Nyamuk yang memasuki radius sekitar 40 sentimeter dari sumber karbon dioksida tiba-tiba melambat menjadi 0,2 m/detik dan mulai terbang tidak teratur, terombang-ambing tanpa arah yang jelas. Simulasi numerik juga menunjukkan bahwa nyamuk dapat mendeteksi konsentrasi karbon dioksida serendah 0,1 persen dan jangkauan deteksinya membentang hingga kira-kira 50 sentimeter dari sumber.
Lebih jauh lagi, respons nyamuk berubah menjadi jauh lebih dramatis ketika rangsangan visual dan karbon dioksida disajikan secara bersamaan. Nyamuk mulai berputar-putar di sekitar target, dan secara signifikan lebih banyak nyamuk berkonsentrasi di dekat target dibandingkan ketika masing-masing stimulus digunakan secara terpisah.