An einem frühen Frühlingsmorgen schwebte eine summende Drohne über einer kleinen Stadt in Bahia, Brasilien. Dreihundert Fuß über dem Boden öffnete sich ein kleiner Kanister und warf seinen Inhalt in die Öffnung des darunter befindlichen Auslösemechanismus. Für einen Moment herrschte Stille. Dann streckte ein Schwarm Mücken, der frisch aus dem eisigen Schlaf erwacht war, die Flügel aus und flog davon.
Jedes Exemplar war männlich, einzeln und bereit sich zu vermischen - und wenn alles wie geplant lief, würde die summende Horde eifriger Jungfrauen die lokale Mückenpopulation beständig infiltrieren und sich in den kommenden Tagen mit Tausenden glücklichen Damen zusammentun.
In Anbetracht der Tatsache, dass es ungefähr 100 Arten von Mücken gibt, die tödliche menschliche Krankheitserreger enthalten - einschließlich Parasiten, die Malaria verursachen, sowie Zika-, Dengue- und West-Nil-Viren - mag dies nach dem schrecklichen Beginn eines apokalyptischen Science-Fiction-Films à la Outbreak klingen. Das Gegenteil ist der Fall: Die in diesem Experiment freigesetzten Mücken sind möglicherweise eine der besten Waffen gegen die Ausbreitung von Infektionskrankheiten.
In den vergangenen zwei Jahren hat ein Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren von WeRobotics und der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEO) neue Wege erprobt, um sterile männliche Mücken in Regionen zu zerstreuen, in denen diese tödlichen Krankheiten weit verbreitet sind. Der erste auf Drohnen basierende Testlauf der Forscher, der im vergangenen Frühjahr in Brasilien durchgeführt wurde, lieferte vielversprechende Ergebnisse und bereitet sich bereits auf mehr vor.
"Dies ist ein wirklich aufregender Schritt nach vorne", sagt Kelsey Adams, ein Mückenbiologe an der Harvard School of Public Health, der nicht an der Arbeit beteiligt ist. "Mit innovativen Techniken wie diesen können wir die Gebiete, in denen wir [modifizierte Mücken] freisetzen, erweitern."
Das Endziel ist einfach: Verdrängen Sie fruchtbare Männchen mit Eunuchen und beobachten Sie, wie die Anzahl der potenziell krankheitserregenden Mücken sinkt. Diese sogenannte sterile Insektentechnik hat bereits Erfolge bei landwirtschaftlichen Schädlingen wie Fruchtfliegen und bei anderen Insekten, die Krankheiten von Mensch zu Mensch übertragen, wie Tsetsefliegen, erzielt. Der Einsatz der Technologie bei Mücken ist jedoch ein etwas neueres Phänomen.
Wenn es darauf ankommt, ist die Technik der sterilen Insekten ein Spiel mit Zahlen. Wildpopulationen müssen mit im Labor gezüchteten Blindgängern überschwemmt werden, manchmal in einem Verhältnis von mehr als 10 oder mehr sterilen Männchen für jeden fruchtbaren Ort. Einmaliges Dumping reicht nicht aus: Eine Region muss immer wieder überflutet werden, bis die Population einheimischer Mücken auf ein vernachlässigbares Maß gesunken ist (und selbst dann kann es eine abscheuliche Übung bei der Instandhaltung bleiben). Darüber hinaus sind einige Mückenarten, einschließlich der Aedes aegypti- Mücken, die Zika, Dengue- und Gelbfieber übertragen, klassische Sofakartoffeln, die in ihrem Leben oft nur ein paar hundert Fuß zurücklegen. Dies erhöht die Schwierigkeit, eine breite Abdeckung sicherzustellen.
Mücken können jetzt in einer Reihe von Laborumgebungen massenweise gezüchtet und sterilisiert werden - ein schneller Strahlenzapfen reicht aus, um Insektenspermien schwer zu schädigen. Es ist jedoch eine eigene Hürde, diese sterilen Soldaten sicher zu verpacken, zu transportieren und zu den Orten zu bringen, an denen sie ihre schmutzige Arbeit verrichten werden. Die meisten Bemühungen waren bisher auf die Freisetzung von Bodenfahrzeugen durch Menschen zurückzuführen - aber holprige LKW-Fahrten auf unbefestigten Straßen schubsen unweigerlich ihre kostbare Fracht, und viele von Krankheiten geplagte Regionen sind mit dem Auto nicht erreichbar.
Stattdessen blicken die Forscher jetzt in den Himmel.
"Drohnen sind wirklich ein Spielveränderer", sagt Jürg Germann, WeRobotics 'leitender Ingenieur.
Die Technologie ist überraschend allgegenwärtig: Für ein paar tausend Dollar können Drohnen gekauft und in Mücken-Chauffeure verwandelt werden. Im Vergleich zu klobigen Autos können Drohnen Mücken mindestens fünf- bis zehnmal effizienter verteilen, sagt Germann. Darüber hinaus sind Drohnen aerodynamisch, wiederverwendbar und werden von Straßen (oder deren Fehlen) nicht belastet. Überall dort, wo der Himmel ist, kann eine Drohne hingehen und Mücken im Winterschlaf halten.
Frühere Arbeiten mit Fruchtfliegen verwendeten Höhenflugzeuge. Im Gegensatz zu Flugzeugen können Drohnen jedoch tiefer auf den Boden fliegen, um mehr Präzision und Kontrolle zu gewährleisten - und den Schaden zu minimieren, den zerbrechliche Insekten erleiden können, wenn sie vom Fahrzeug abgeworfen werden. Das Beste ist, dass Drohnen keine fehleranfälligen Piloten benötigen: Die Forscher können von zu Hause aus Kurs nehmen und auf Wiedersehen winken.
Kommerziell erhältliche Drohnen können in "Moskitolimousinen" integriert werden, wie der Mitbegründer von WeRobotics, Patrick Meier, mit 50.000 Mücken auf einmal ausführt. (WeRobotics) Nach einem Jahr Prototyping haben WeRobotics und IAEA ihre Anstrengungen in die Praxis umgesetzt. Sie richteten ihr Augenmerk zunächst auf Brasilien, wo eine von Aedes aegypti- Mücken übertragene Zika-Epidemie in den Jahren 2015 und 2016 zu Tausenden von Geburtsfehlern führte.
In drei Versuchen verteilten die Forscher im März dieses Jahres insgesamt 284.200 sterile männliche Aedes aegypti- Mücken in der brasilianischen Gemeinde Carnaíba do Sertão. Während die Drohnen mit voller Geschwindigkeit flogen, konnten die Forscher innerhalb von Minuten Tausende von Quadratfuß zurücklegen - und über 90 Prozent der von Luft getroffenen Mücken schienen die Landung zu blockieren.
Das Überleben des gefährlichen Falls war nur der Anfang - aber IAEA-Mückenexperte Jérémy Bouyer war erfreut zu sehen, dass diese von Drohnen abgeleiteten Typen sich gegen ihre fruchtbaren Kollegen behaupten und für jedes lebensfähige Ei, das ein wildes Männchen produziert, etwa ein steriles Ei zeugen. Bouyer ist optimistisch, dass mit mehr Finagling die Zahlen weiter steigen werden.
In einem so frühen Stadium ist es schwierig, die langfristigen Auswirkungen dieser unfruchtbaren Insektenblitze zu bewerten. Aber Epidemien treten auf, wenn Sie sie am wenigsten erwarten - und bei der Insektenbekämpfung geht es darum, Krankheiten im Keim ersticken zu lassen. WeRobotics und IAEA planen in den kommenden Monaten und Jahren bereits weitere Versuche. In der Zwischenzeit arbeiten Germann und sein Team daran, die Kapazität jeder Drohne zu erhöhen und die Mückensterblichkeit zu minimieren. Schließlich hoffen die Forscher, durch ein intensives Schulungsprogramm eine bessere Version ihrer Technologie an lokale Experten weiterzugeben und so ein nachhaltiges und autarkes System der Verbreitung zu schaffen. Bis 2020 plant WeRobotics weltweit rund 30 Drohnen-Dispositionsstationen.
„Wir sind nicht nur darauf aus, das Problem mit Technologie zu lösen - das hat keinen Einfluss“, sagt Patrick Meier, Mitbegründer von WeRobotics. „Die Drohnen sollten die Helden in dieser Geschichte sein. Nicht die westlichen Organisationen. “
Während die Technologie weiter voranschreitet, können sich noch mehr Türen öffnen. Im Kampf gegen krankheitserregende Insekten eignen sich Drohnen nicht nur zur Vermehrung von Schädlingspaketen. Unbemannte Flugzeuge wurden bereits zur Kartierung von Mückenherden verwendet, die mit bloßem Auge nur schwer zu erkennen und zu verfolgen sind. So können Forscher das Verhalten und die Ausbreitung von Mücken leichter untersuchen. Darüber hinaus sind Drohnen von ihrem hohen Standpunkt aus ein hervorragendes Werkzeug zum Versprühen von Insektiziden.
Sogar im Rahmen von Drohnen gegen Mücken gibt es zusätzlichen Raum für Wachstum, sagt Adams, der das Fortpflanzungsverhalten von Anopheles- Mücken, die Parasiten übertragen können, die Malaria verursachen , unter der Aufsicht des Infektionsforschers Flaminia Catteruccia untersucht. Die Drohnen sind sicherlich nicht speziesspezifisch, und Bouyer, Germann und Meier sind optimistisch, dass Anopheles und andere Mücken in Zukunft geeignete Kandidaten für die Verbreitung sein könnten.
In der Tat, wenn es um Anopheles- Mücken geht, sagt Adams, könnten Drohnen sogar ein Segen sein. Anopheles sind keine lethargischen Klumpen wie ihre Aedes- Cousins. Airdropping dieser Malaria-Händler könnte mehr für Ihr Geld sein, weil weniger Mücken ein größeres geografisches Gebiet abdecken können.
Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass die meisten Anopheles- Frauen (und einige Aedes- Frauen) weitgehend monogam sind. Für die Damen einiger Anopheles- Arten ist die Partnerwahl eine einmalige Entscheidung. Hormon- und Verhaltensuntersuchungen in Catteruccias und anderen Gruppen haben gezeigt, dass selbst in einem Schwarm sich paarender Mücken eine Handvoll Kerle unverhältnismäßig erfolgreich sind. Dies bedeutet ein paar Dinge: Erstens werden die meisten männlichen Mücken leider Jungfrauen sterben. Zweitens, und vielleicht noch wichtiger, deuten Frauen auf einen männlichen Machismo hin, wenn sie sich durch die Menge bewegen. Eines Tages, so Adams, könnten Wissenschaftler weibliche Mücken dazu bringen , sterile gegenüber fruchtbaren Männern zu bevorzugen, wenn die richtigen Anreize dafür gegeben würden.
In Vorbereitung auf ihre Versuche züchteten IAEA-Wissenschaftler Hunderttausende von Aedes-Aegypti- Mücken in Laboratorien. (WeRobotics) Die sterile Insektentechnik ist jedoch nur eine von vielen Strategien, mit denen der Fortpflanzungszyklus dieser blutrünstigen Insekten angegangen werden kann. Und obwohl es in vielen Zusammenhängen sehr effektiv war, ist diese Strategie nicht ohne Nachteile.
"Eines der größten Probleme ist, dass es sich nicht selbst aufrechterhält", erklärt Adams. "Oft braucht man mehr Mücken als man denkt."
Zum einen wäre die Einrichtung dieser Laborzucht- und Sterilisationszentren weltweit eine beeindruckende Leistung. Während ihres kleinen Einzelversuchs in Brasilien haben WeRobotics und die IAEO über 700.000 Mücken gezüchtet - eine Zahl, die immens vergrößert werden müsste, um auch nur einen Bruchteil des globalen Bedarfs zu decken. Darüber hinaus ist es nicht so einfach, eine Population nur für Männer für die Sterilisation und Freisetzung zu isolieren, wie es sich anhört, und Fehler können extrem kostspielig sein. Frauen sind die Blutsauger der Gruppe - und damit die Gesandten von Krankheiten. Die unbeabsichtigte Freisetzung einer Bevölkerung, die sogar 1 Prozent weiblich ist, könnte eine Epidemie tatsächlich verschlimmern, sagt Adams.
Zum Glück gibt es viele Alternativen. Eine Möglichkeit besteht darin, Mücken herzustellen, die tödliche Gene an ihre Nachkommen weitergeben können - eine andere Form der hinterhältigen Geburtenkontrolle. Diese Technologie kann besonders leistungsfähig sein, wenn sie zusammen mit einem „Gen-Antrieb“ entwickelt wurde - im Wesentlichen einem genetischen Element, das allen Nachkommen den Weg ebnet, unabhängig davon, welche Eltern das Merkmal tragen. Genantriebe breiten sich daher schneller in Populationen aus und sind effizienter als Strategien wie die sterile Insektentechnik: Eine geringere Anzahl von Insekten kann eine wild lebende Population dominieren, wodurch die Notwendigkeit einer Massenproduktion von Mücken etwas verringert wird.
Einige Wissenschaftler haben in den letzten Jahren Bedenken geäußert, dass einige dieser Methoden darauf abzielen, bestimmte Arten von Mücken vollständig auszurotten. Und krankheitsbedingt oder nicht, ein Aussterben ist ein Aussterben.
Aber rund 3.500 Arten von Mücken durchstreifen den Himmel - und viele von ihnen haben überlappende ökologische Funktionen, sagt Adams. „Die Beseitigung einer Mückenart hat nicht unbedingt enorme Auswirkungen auf die Umwelt, wenn man bedenkt, dass es Tausende davon gibt“, erklärt sie. "Aber natürlich sollten wir trotzdem mit Vorsicht vorgehen."
Eine Alternative zum Völkermord besteht darin, einer Mückenpopulation Immunität gegen Parasiten oder Viren zu verleihen. In Verbindung mit Gen-Antrieben könnte diese Technologie möglicherweise eine dauerhafte Linie von Insekten hervorbringen, die nach Herzenslust frei von Blut und glückselig frei von Krankheiten sind.
Natürlich sind diese Methoden auch nicht narrensicher. So wie Bakterien, Viren und Parasiten Resistenzen gegen Medikamente entwickeln, können Mücken ihren Weg aus Genantrieben und anderen Arten von DNA-Manipulationen finden. Selbst wenn dies mit geringen Raten geschieht, kann eine Person ihren genetischen Schluckauf schnell auf zukünftige Generationen übertragen, was jahrelange Anstrengungen zunichte macht.
Bouyer weist darauf hin, dass Pannen mit Mutationen umgangen werden können, indem man sich auf die ursprüngliche strahlenbasierte sterile Insektentechnik verlässt: Es ist nicht einfach, eine genetische Lösung für die Unfruchtbarkeit eines Sexualpartners zu finden. Obwohl seit Jahrzehnten sterile Insektentechniken eingesetzt werden, könnten sich aufgrund der strengen GVO-Vorschriften in vielen Ländern anspruchsvolle und invasive genetische Veränderungen als Hindernisse für die Vermarktung erweisen.
Keine einzige Strategie zur Bekämpfung von Mücken dürfte für sich genommen ein Allheilmittel sein. Laut Bouyer könnten einige dieser Techniken in Zukunft jedoch auch effektiv kombiniert werden. Wie bei Medikamenten und anderen Drogen ist es für eine Bevölkerung weitaus schwieriger, Resistenzen zu entwickeln, wenn sie gegen mehrere Gegner gleichzeitig kämpft.
Auf jeden Fall ist Meier von der Möglichkeit neuer Passagiere für Air Mosquito begeistert. "Wir sind nur die Limousine", sagt er mit einem Lachen. „Was auch immer Mücken in die Limousine gelangen, ist Sache anderer Experten. Solange es Stechmücken gibt, wird der [Tropfen] funktionieren - unabhängig davon, wie sie modifiziert wurden. “
