Es ist ein warmer Sommernachmittag im tansanischen Dorf Lupiro, und Mikkel Brydegaard hockt in einer Ziegelhütte und versucht, einen kaputten Laser zu reparieren. Neben ihm, auf einem hohen Stativ, zielen drei Teleskope durch ein Fenster auf einen Baum in der Ferne. Ein Laptop steht auf einer umgedrehten Schachtel und wartet auf ein Signal.
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Laut Brydegaard ist dieses System mit einem funktionierenden Laser als Lidar-ähnliches Radar bekannt, verwendet jedoch einen Laser anstelle von Radiowellen. Das Setup soll genaue Daten über die Bewegung von Malariamücken sammeln. Aber als die Sonne draußen untergeht, wird Brydegaard nervös. Er und seine Kollegen haben eine Woche in Tansania verbracht und ihr Gerät sammelt noch immer keine Daten. Sie haben fast keine Zeit mehr.
Morgen wird eine Sonnenfinsternis die Sonne über Tansania auslöschen - ein Ereignis, das hier nur alle paar Jahrzehnte auftritt und das Brydegaard und sein Team von der Universität Lund in Schweden Tausende von Kilometern zurückgelegt haben, um es zu sehen. Ihr unmittelbares Ziel ist es, herauszufinden, ob die Sonnenfinsternis das Verhalten von krankheitsübertragenden Insekten beeinflusst. Ihre Hauptaufgabe ist es jedoch zu demonstrieren, dass Laser die Art und Weise, wie Insekten untersucht werden, revolutionieren können.
Bei Lidar wird ein Laserstrahl zwischen zwei Punkten geschossen - in diesem Fall zwischen der Hütte und dem Baum. Wenn Insekten durch den Strahl fliegen, streuen sie Licht und reflektieren es zurück zu den Teleskopen, wodurch Daten generiert werden, anhand derer die Wissenschaftler verschiedene Arten identifizieren möchten. In einer Zeit, in der Schädlinge genug Lebensmittel zerstören, um ganze Länder zu ernähren, und in der durch Insekten übertragene Krankheiten jedes Jahr Hunderttausende von Menschen töten, könnte diese Anordnung von Strahlen und Linsen möglicherweise Millionen von Menschenleben verbessern.
Aber ohne einen funktionierenden Laser wird die Reise nach Tansania für nichts zählen.
Das Team hat schon fast aufgegeben. Vor ein paar Tagen funktionierten ihre beiden Hochleistungslaser nicht. "Mein erster Gedanke war, OK - alles packen, wir gehen zurück", sagt Brydegaard mir. „In Tansania gibt es keinen Ort, an dem wir ein Ersatzteil finden können.“ Er dachte bitter über die Zehntausende von Dollar nach, die sie für Ausrüstung und Reisen ausgegeben hatten. Aber dann ging er mit Samuel Jansson, seinem Doktoranden, in die Stadt und über Flaschen Bier blätterten sie durch die Kontakte auf ihren Handys. Vielleicht, dachten sie, war es doch möglich, die Reise zu retten.
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Laser mögen ein innovatives Werkzeug zur Identifizierung von Insekten sein, aber das Herzstück der Lidar-Methode ist ein elegantes und jahrhundertealtes Prinzip der Entomologie. Fast alle Arten von Fluginsekten, von Motten über Mücken bis hin zu Mücken, haben eine einzigartige Flügelschlagfrequenz. Eine weibliche Culex Stigmatosoma- Mücke könnte beispielsweise ihre Flügel mit einer Frequenz von 350 Hertz schlagen, während eine männliche Culex Tarsalis mit 550 Hertz schlagen könnte. Aufgrund dieser Unterschiede ist der Flügelschlag eines Insekts wie ein Fingerabdruck. Und in den letzten Jahren hat die Erforschung des Flügelschlags eine Renaissance erlebt, insbesondere im Bereich der menschlichen Gesundheit.
Lange vor Lasern oder Computern wurde Wingbeat akustisch - sogar musikalisch - gedacht. Ein aufmerksamer Zuhörer könnte das Summen einer Fliege mit einer Taste auf dem Klavier in Einklang bringen. Genau das tat Robert Hooke, ein Naturphilosoph, im 17. Jahrhundert: „Er kann sagen, wie viele Schläge eine Fliege mit ihren Flügeln macht (die Fliegen, die in ihrem Flug brummen), indem sie musikalisch antwortet während ihres Fluges “, schrieb Samuel Pepys, ein britischer Beamter und Freund von Hooke.
Aber die Tatsache, dass Hooke sich auf seine Ohren verlassen hatte, musste es schwierig gemacht haben, seine Ergebnisse zu kommunizieren. Wissen wurde traditionell durch wissenschaftliche Veröffentlichungen, Briefe und Musterzeichnungen geteilt, und so tendierten Entomologen dazu, sich eher auf das Sehen als auf das Hören zu verlassen. „Das Gebiet war lange Zeit sehr, sehr eng fokussiert“, sagt Laura Harrington, Entomologin und Epidemiologin an der Cornell University im US-Bundesstaat New York.
Im 20. Jahrhundert begannen die Forscher jedoch, die Form zu brechen. Die Hauptmethode zur Erkennung von Flügelschlägen war die visuelle: die chronofotografische Methode, bei der Fotos in schneller Folge aufgenommen wurden. Dies hatte seine Grenzen, und einige scharfhörige Forscher hielten Robert Hookes auditive Herangehensweise für vorteilhaft - insbesondere Olavi Sotavalta, ein Entomologe aus Finnland, der die seltene Gabe absoluter Tonhöhe besaß. So wie ein Komponist mit absoluter Tonhöhe eine musikalische Passage nach Gehör transkribieren könnte, könnte Sotavalta den genauen Ton der Flügel einer Mücke ohne die Hilfe eines Klaviers identifizieren.
(© Matthew das Pferd) "Die akustische Methode ermöglicht es, Insekten im freien Flug zu beobachten", schrieb Sotavalta 1952 in einem Artikel in Nature . Mit anderen Worten, aufgrund seiner absoluten Tonhöhe konnte Sotavalta nicht nur mit Kameras im Labor, sondern auch in der Natur mit den Ohren Flügelschläge beobachten. Wissenschaftler sind durch die Sinne, die sie verwenden, informiert und eingeschränkt.
Sotavaltas eigenartiger Forschungsansatz legt nahe, dass bestimmte wissenschaftliche Erkenntnisse bei der Kollision verschiedener Disziplinen zutage treten: Er benutzte sein schlaues Ohr nicht nur, um Spezies während seiner Forschung zu identifizieren, sondern auch für die Musik. "Er hatte eine schöne Gesangsstimme", sagt Petter Portin, emeritierter Professor für Genetik, der einst Schüler von Sotavalta war. Portin erinnert sich an ihn als einen großen, schlanken Mann, der immer einen blauen Laborkittel trug.
Sotavaltas Papiere in der finnischen Nationalbibliothek sind eine merkwürdige Kombination aus Briefen, Monographien über das Verhalten von Insekten und Notenstapeln. Einige seiner Kompositionen sind nach Vögeln und Insekten benannt.
Eine der seltsamsten Arbeiten von Sotavalta, die in den Annalen der Finnischen Zoologischen Gesellschaft veröffentlicht wurde, dokumentiert die Lieder zweier besonderer Nachtigallen in erstaunlichen Einzelheiten. Sotavalta hörte sie in den aufeinanderfolgenden Sommern in seinem Sommerhaus in Lempäälä. Das Papier selbst scheint trocken, bis klar wird, dass er versucht, die Musiktheorie auf Vogelgezwitscher anzuwenden.
"Das Lied der beiden Sprosser-Nachtigallen ( Luscinia luscinia L. ), das in zwei aufeinanderfolgenden Jahren auftrat, wurde akustisch aufgenommen und mit herkömmlicher Notation dargestellt", schrieb er.
Daran schließen sich fast 30 Seiten mit Notizen, Grafiken und Analysen zum Rhythmus und zur Tonalität der Vögel an. Nachdem er die Ähnlichkeit der beiden Lieder hervorgehoben hat, erklärt er: „Aufgrund der kurzen Entfernung zwischen den Orten, an denen sie gesungen haben, wurde der Schluss gezogen, dass es sich möglicherweise um Vater und Sohn handelt.“ Es ist, als ob seine Arbeit eine Suche nach einer Art ist Muster, eine musikalische Idee, die von Mitgliedern der gleichen Art geteilt wird.
Seine Arbeit in Nature war jedoch eher konsequenter. Dort beschreibt Sotavalta die Verwendung seiner „akustischen Methode“ zur Identifizierung von Insekten anhand seiner absoluten Tonhöhe und theoretisiert die Feinheiten des Insektenflügelschlags: Wie viel Energie verbraucht es und wie variiert es je nach Luftdruck und Körpergröße? Trotzdem bestätigten Wissenschaftler wie Brydegaard erst Jahrzehnte später die Relevanz des Flügelschlags bei der Untersuchung von Insekten - zum Beispiel von Mücken, die Malaria übertragen.
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In Tansania haben Brydegaard, Jansson und der Ingenieur Flemming Rasmussen keine absolute Tonhöhe - und selbst wenn, würde es nicht viel helfen. Es gibt Millionen von Insekten in und um das Dorf und sie dröhnen in einer Symphonie weiter, die niemals endet.
Was diese Wissenschaftler anstelle eines scharfen Ohrs haben, sind ein Hightech-Gerät und zwei kaputte Laser. Und ihre Telefone.
Als der Laser ausfiel, brauchte es einige Fehlstarts, um eine Lösung zu finden. Ein Forscher an der Elfenbeinküste hatte einen funktionierenden Laser, war aber in den USA unterwegs. Brydegaard überlegte, einen Ersatz per Post zu schicken, wusste aber, dass er - dank des Zolls und der eintägigen Fahrt vom Flughafen in Daressalam - wahrscheinlich nicht rechtzeitig zur Sonnenfinsternis ankommen würde.
Schließlich schickten sie eine SMS an Frederik Taarnhøj, CEO von FaunaPhotonics, ihrem Handelspartner, und fragten, ob er in Betracht ziehen würde, einen Wissenschaftler aus Schweden mit einigen Ersatzlasern zu schicken. Taarnhøj hat ja gesagt.
So machte das Trio ein paar verzweifelte Anrufe und überzeugte schließlich einen anderen Doktoranden, Elin Malmqvist, am nächsten Tag in ein Flugzeug einzusteigen. Als sie das tat, trug sie drei kleine Metallkisten in ihrem Koffer.
Die Saga war jedoch noch nicht zu Ende. Selbst nach den enormen Kosten des Last-Minute-Fluges schlug der erste Ersatz fehl: Brydegaard verwechselte in seiner Eile die Anode mit der Kathode, die die Laserdiode kurzschloss. Der zweite Laser lieferte einen Strahl, der jedoch unerklärlicherweise so schwach war, dass er unbrauchbar wurde.
Es ist der letzte Laser, den Brydegaard jetzt auspackt, in der Hoffnung, dass zumindest dieser wie erwartet funktioniert. Als er es auf das Stativ schraubt, ist es fast Sonnenuntergang, und seine Erregung ist spürbar. Innerhalb einer Stunde ist es zu dunkel, um selbst einen funktionierenden Laser zu kalibrieren. Alles fährt auf diesem Gerät.
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Laura Harringtons Labor in Cornell ähnelt ein wenig einer Restaurantküche. Was der Tür eines begehbaren Gefrierschranks ähnelt, führt tatsächlich zu einem Inkubationsraum. Es ist feucht und wird von fluoreszierenden Lichtern beleuchtet. Die Regale sind in sorgfältig beschrifteten Kartons verpackt. Harrington zeigt mir Moskitoeier in den Einwegbehältern, in denen Sie Suppe aufbewahren würden. Um zu verhindern, dass Mücken entkommen, gibt es über den Behältern eine Art Netz - Brautschleier, sagt sie mir. Die Methode ist nicht ganz kinderleicht. Ein paar Mücken sind entkommen, und sie surren um unsere Ohren und Knöchel, während wir uns unterhalten.
Wenn wir über Sotavaltas Herangehensweise sprechen, sagt Harrington, dass er „seiner Zeit definitiv voraus war“. Schon in den letzten Jahren haben Forscher, die Moskitos hören wollten, nicht erkannt, wie viele Insekten auch zuhören können. "Lange Zeit hielten Wissenschaftler weibliche Mücken für taub - sie achteten überhaupt nicht auf Geräusche", sagt Harrington.
Aber im Jahr 2009 stellte Harrington diese langjährige Annahme auf die Probe. In einem ungewöhnlichen und komplizierten Experiment banden sie und ihre Kollegen eine weibliche Aedes aegypti- Mücke an ein Haar, installierten ein Mikrofon in der Nähe und stellten beide in ein umgedrehtes Aquarium. Dann setzten sie männliche Mücken in den Tank und zeichneten die Ergebnisse auf.
Die Ergebnisse des Teams überraschten Harrington und führten zu einem Durchbruch bei der Untersuchung von Klang und Entomologie. Aedes aegypti dirigierte eine Art Paarungstanz in der Luft, der alles mit Klang zu tun hatte. Weibliche Mücken reagierten nicht nur auf die Geräusche von Männern, sie schienen auch mit ihren eigenen Geräuschen zu kommunizieren. "Wir entdeckten, dass Männer und Frauen tatsächlich miteinander singen", sagt Harrington. "Sie harmonieren kurz vor der Paarung."
Dieses "Paarungslied" wird nicht von Stimmbändern produziert. Es wird durch Flügelschlag erzeugt. Während des normalen Fluges haben männliche und weibliche Mücken leicht unterschiedliche Flügelschläge. Aber Harrington stellte fest, dass während des Paarungsprozesses die Flügelschläge der Männchen mit denen der Weibchen übereinstimmten.
"Wir denken, die Frau testet den Mann", erklärt Harrington. „Wie schnell er sich harmonisch annähern kann.“ In diesem Fall funktionieren Mückenlieder möglicherweise wie akustische Pfauenmerkmale. Sie scheinen Frauen dabei zu helfen, die fitteren Partner zu identifizieren.
(© Matthew das Pferd) Vor diesem Hintergrund und mit einem kürzlich gewährten Stipendium der Bill & Melinda Gates Foundation hat Harringtons Labor mit der Entwicklung einer neuartigen Mückenfalle für die Feldforschung begonnen. Ähnliche Projekte wurden unter anderem von Teams an der James Cook University in Australien und der Columbia University in New York City durchgeführt.
Für einen Forscher sind die derzeit existierenden Mückenfallen mit Nachteilen behaftet. Chemiefallen müssen nachgefüllt werden, während elektrische Fallen dazu neigen, Mücken abzutöten. Harrington möchte, dass ihre neue Falle die Kraft des Klangs nutzt, um lebende Exemplare für die Überwachung und das Studium einzufangen. Es würde etablierte Methoden zum Anlocken von Mücken wie Chemikalien und Blut mit aufgezeichneten Mückengeräuschen kombinieren, um das Paarungslied nachzuahmen. Wichtig ist, dass es zum Einfangen von Mücken beiderlei Geschlechts verwendet werden kann.
Historisch gesehen haben sich Wissenschaftler darauf konzentriert, weibliche Mücken zu fangen, die zweimal täglich auf Bissjagd gehen - und die möglicherweise den Malariaparasiten tragen (Männer nicht). Wissenschaftler haben jedoch kürzlich damit begonnen, männliche Mücken als wichtigen Bestandteil der Malariakontrolle zu betrachten. Ein aktueller Vorschlag zur Eindämmung der Krankheit sieht beispielsweise die Freilassung gentechnisch veränderter Männchen vor, die unfruchtbare Nachkommen hervorbringen, um die Anzahl krankheitsübertragender Mücken in einem bestimmten Gebiet zu verringern.
Harringtons Hoffnung ist, dass eine akustische Falle - die Verwendung des Paarungslieds, das Männer anzieht - dabei helfen würde, neue Strategien wie diese zu entwickeln. "Was wir versuchen, ist wirklich über den Tellerrand hinaus zu denken und neue und neuartige Wege zu finden, um diese Mücken zu bekämpfen", sagt sie.
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Mit dem letzten Laser, der endlich in Position ist, drückt Brydegaard einen Schalter. Auf dem Laptop-Bildschirm neben dem Stativ erscheint plötzlich ein kleiner weißer Punkt. Alle atmen erleichtert auf: Der Laser funktioniert.
Das Team, bestehend aus Brydegaard, Jansson, Malmqvist und Rasmussen, verbringt die letzten 15 Minuten des Tageslichts damit, den Strahl in den Mittelpunkt zu rücken. Abgesehen von ein paar einheimischen Kindern, die „ mzungu “ - Swahili für hellhäutige Ausländer - schreien, scheint es niemanden besonders zu stören, wenn die Europäer an Teleskopen basteln.
Sonnenuntergang wirft ein schönes, weiches Licht über die sumpfige Landschaft um Lupiro, markiert aber auch den Beginn der Malariaübertragung. Als die Dunkelheit auf die Hütte fällt, in der das Lidarsystem aufgestellt ist, kommen die Dorfbewohner von den Feldern herein. Rauchsäulen steigen von Kochfeuern auf. Hier leben die Einheimischen von Reis: Die Grundnahrungsmittel werden täglich zu zwei Mahlzeiten serviert, und entlang der staubigen Hauptstraße türmen sich Reisspreu wie Blätter im Herbst. Aber Reisfelder benötigen stehendes Wasser und stehendes Wasser fördert Malariamücken. Insekten haben bereits begonnen, um unsere Beine zu summen.
Jetzt, da sich der Abend um uns gelegt hat, hat das Lidar-System endlich begonnen, einen Strom von Daten aufzuzeichnen. Das Team sitzt im Dunkeln um die Hütte; Draußen summt ein Benzingenerator, der Laser und Computer antreibt. Auf dem Laptop-Bildschirm zeigt eine gezackte rote Linie Gipfel und Täler. Jeder, sagt Brydegaard, repräsentiert ein Echo aus dem Strahl. In der Dämmerung können jede Minute Dutzende oder Hunderte von Insekten den Strahl überqueren. Wir beobachten die Zeit, die Entomologen als „Hauptverkehrszeit“ bezeichnen - die Welle der Aktivität, die einsetzt, wenn weibliche Mücken ins Dorf strömen und nach Nahrung suchen.
Nicodemus Govella, ein medizinischer Entomologe am renommierten tansanischen Ifakara Health Institute - einem lokalen Partner von FaunaPhotonics - hat den Mückensturm am Abend hunderte, sogar tausende Male erlebt. Er weiß, wie es sich anfühlt, zu zittern und sich zu übergeben, wenn der Malariaparasit Einzug hält. Er hat die Symptome immer wieder erlebt. "In meiner Kindheit kann ich nicht zählen, wie oft", erzählt er mir.
Wenn tansanische Epidemiologen einen Krieg gegen Malaria führen, arbeitet das Ifakara Health Institute wie ein Geheimdienst - es verfolgt die Dichte, Verteilung und den Zeitpunkt von Stichen durch Malariamücken. Traditionell, so sagt Govella, war der „Goldstandard“ der Mückenüberwachung eine Methode, die man Menschenlandungsfang nennt. Es ist Low-Tech, aber zuverlässig: Ein Freiwilliger bekommt Medikamente, um die Übertragung von Malaria zu verhindern, und sitzt dann mit nackten Beinen draußen und lässt Mücken landen und beißen.
Das Problem ist, dass der Schutz vor Malaria nicht mehr ausreicht. Zu viele andere Krankheiten, vom Dengue-Fieber bis hin zum Zika, werden ebenfalls von Mücken übertragen. Infolgedessen gilt der Fang durch Menschenlandung heute allgemein als unethisch. "Es gibt Ihnen Informationen, aber es ist sehr riskant", sagt Govella. "Andere Länder haben es bereits verboten." Da die Gesundheitsbehörden alte Strategien zur Malariaüberwachung und -kontrolle aufgeben, wird die Arbeit an experimentellen Techniken immer dringlicher - und hier werden die Laser zum Einsatz kommen.
In Teilen Tansanias ist die Malaria - auch dank Bettnetzen und Pestiziden - „enorm zurückgegangen“, erzählt Govella. Die Ausrottung der Krankheit hat sich jedoch als schwer fassbar erwiesen. Einige Mücken haben eine Resistenz gegen Pestizide entwickelt. Ebenso haben die Moskitonetze dazu beigetragen, die Nachtübertragung unter Kontrolle zu bringen - aber die Mücken haben ihr Verhalten angepasst und beginnen, in der Dämmerung und im Morgengrauen zu beißen, wenn die Menschen nicht geschützt sind.
Im Jahr 2008 erkrankte Govellas Tochter an Malaria. Wenn Govella zurückdenkt, ändert sich ihr Verhalten. Seine präzise medizinische Sprache weicht einer stillen Leidenschaft. "Ich will mich nicht einmal erinnern", sagt er. "Wenn ich zu dieser Erinnerung komme, schmerzt sie mich sehr."
In einem frühen Stadium kann Malaria wie eine Erkältung aussehen - deshalb ist es so wichtig, dass die Wissenschaftler über die Instrumente verfügen, um die Ausbreitung des Parasiten und der Mücken, die ihn übertragen, zu verfolgen: um Fehldiagnosen zu vermeiden. Im Fall seiner Tochter erwies sich der Mangel an Informationen als tragisch. "Da es nicht bald entdeckt wurde, ging es bis zum Grad der Krämpfe", sagt Govella. Seine Tochter starb schließlich an den Folgen einer Malaria. Seitdem hat er fast jeden Tag über die Ausrottung nachgedacht.
"Ich hasse diese Krankheit", sagt Govella.
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Die anhaltende Malaria hat Generationen von Wissenschaftlern frustriert. Mehr als ein Jahrhundert nach der Entdeckung des Parasiten sind immer noch Hunderte Millionen Menschen pro Jahr betroffen, von denen eine halbe Million sterben. Harrington hat ihre eigenen Erinnerungen an das durch die Krankheit verursachte Chaos: 1998 reiste sie zu einer Reihe von Experimenten nach Thailand und erkrankte selbst an Malaria. "Ich war der einzige Ausländer für Meilen und Meilen herum", sagt sie. Als das Fieber einsetzte, begann Harrington die wahre Last der Krankheit, die sie studierte, zu verstehen.
„Ich könnte mich als thailändische Dorfbewohnerin mit diesen Krankheiten vorstellen“, erzählt sie mir. Sie war weit vom nächsten Krankenhaus entfernt und fühlte sich allein. „Ich hatte das Gefühl, wenn ich sterben würde, würden die Leute es vielleicht nicht herausfinden.“ Irgendwann fand jemand sie und legte sie in einen Pickup. Sie erinnert sich, wie sie im Delirium versunken war und auf einen Ventilator starrte, der sich endlos an der Decke drehte. "Ich sah eine Krankenschwester mit einer Spritze voller lila Flüssigkeit", erinnert sie sich. Es erinnerte sie daran, wie sie vor Jahren in einer Tierklinik gearbeitet hatte, in der kranke Tiere mit lila Injektionen eingeschläfert wurden. "Ich dachte, das wäre das Ende."
Schließlich brach das Fieber und Harrington wusste, dass sie überleben würde. "Ich fühlte mich unglaublich dankbar für mein Leben", sagt sie. Die Erfahrung machte sie noch engagierter für ihre Forschung. "Ich hatte das Gefühl, die Fähigkeit zu haben, meine Karriere für etwas einzusetzen, das irgendwann anderen Menschen helfen könnte."
Malaria ist ein anschauliches Beispiel dafür, wie Insekten die menschliche Gesundheit bedrohen - aber es gibt viele andere Möglichkeiten, wie sie Schaden anrichten können. Insekten verbreiten auch andere mikrobielle Krankheiten. Dann gibt es den Effekt, den sie auf die Landwirtschaft haben. Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen zerstören Insektenschädlinge ein Fünftel der weltweiten Ernteerträge. Mit anderen Worten, wenn die Landwirte der Welt bessere Möglichkeiten hätten, Arten wie Heuschrecken und Käfer zu bekämpfen, könnten sie Millionen mehr Menschen ernähren.
Pestizide reduzieren den Schaden, den Insekten anrichten, aber wenn sie wahllos eingesetzt werden, können sie auch Menschen schaden oder die Insekten töten, auf die wir uns verlassen. Wir sind weiterhin stark von Bestäubern wie Bienen, Motten und Schmetterlingen abhängig, aber ein Bericht aus dem Jahr 2016 hat gezeigt, dass 40 Prozent der wirbellosen Bestäuberspezies vom Aussterben bedroht sind. Wegen dieser Hassliebe zu Insekten brauchen wir dringend bessere Methoden, um verschiedene Arten zu verfolgen - bessere Methoden, um zwischen den Käfern, die uns helfen, und den Käfern, die uns verletzen, zu unterscheiden.
(© Matthew das Pferd) *
Am Tag der Sonnenfinsternis, kurz vor Mittag, zieht im blauen Himmel über Lupiro die schwarze Mondscheibe vor der Sonne vorbei. Eine Gruppe von Kindern hat sich versammelt; sie halten kleine schweißglasplatten in den händen, die die skandinavischen wissenschaftler mitgebracht haben. Durch das grün getönte Glas können die Kinder den sich verengenden Halbmond der Sonne sehen.
Das Dorf um uns herum ist trübe geworden; Unsere Schatten sind weniger deutlich geworden. Dem Licht nach zu urteilen, fühlt es sich an, als ob ein plötzlicher Sturm eingesetzt hat oder jemand einen Dimmer gedreht hat, der die Sonne in Ohnmacht fallen ließ. Die Wissenschaftler aus Schweden wollen zusammen mit ihren Partnern vom Ifakara Health Institute und FaunaPhotonics wissen, ob Insekten im trüben Licht einer Sonnenfinsternis aktiver werden, so wie sie es in der Abenddämmerung tun.
Auf dem Bildschirm sehen wir die roten Spitzen, die wieder zugenommen haben - nicht so viele wie bei Sonnenuntergang und Sonnenaufgang, aber mehr als gewöhnlich. Es gibt einen einfachen Grund, warum diese Daten von Bedeutung sind: Wenn die Mücken während einer Sonnenfinsternis aktiver sind, deutet dies darauf hin, dass sie Licht als Hinweis verwenden und wissen, wann sie jeden Morgen und Abend durch die Dunkelheit der aufgehenden und untergehenden Sonne schwärmen müssen.
Während die Daten eingehen, besprechen die Wissenschaftler, was wir uns ansehen. Lidar wurde ursprünglich entwickelt, um viel größere Phänomene wie Änderungen in der Chemie der Atmosphäre zu untersuchen. Dieses System wurde auf ein Minimum vereinfacht.
Jedes der drei Teleskope auf dem Stativ hat eine eigene Funktion. Der erste lenkt den ausgehenden Laser auf einen etwa einen halben Kilometer entfernten Baum. An den Baumstamm genagelt ist ein schwarzes Brett, an dem der Strahl endet. (Um einen Weg für den Laser freizumachen, musste Jansson, der Doktorand, mit einer Machete einen Weg durch das Unterholz schneiden.)
Wenn Insekten durch den Laserstrahl fliegen, werden sie von ihren Flügeln reflektiert und vom zweiten Teleskop aufgenommen. Mit dem dritten Teleskop kann das Team das System ausrichten und kalibrieren. Das gesamte Gerät ist an einen Laptop angeschlossen, der die Daten sammelt. Die roten Spitzen, die über den Bildschirm tanzen, stellen Insekten dar, die den Laserstrahl kreuzen.
Um die Reflexionen aufzuzeichnen, die Brydegaard als "atmosphärisches Echo" bezeichnet, erfasst das Lidar-System 4.000 Schnappschüsse pro Sekunde. Später wird das Team einen Algorithmus verwenden, um die Schnappschüsse für die Flügelschlagfrequenz zu kämmen - den Fingerabdruck jeder Art.
Mit anderen Worten, dieses Gerät erreicht mit der Optik, was Olavi Sotavalta mit seinen Ohren erreicht hat und was Harrington mit Hilfe eines Mikrofons erreicht hat.
Es gibt jedoch einige Details in den Lidar-Daten, die das menschliche Ohr niemals erkennen könnte. Zum Beispiel wird die Flügelschlagfrequenz eines Insekts von höheren Harmonischen begleitet. (Obertöne verleihen dem Klang einer Violine eine Fülle; sie sind für den von einer gedämpften Gitarrensaite erzeugten Resonanzring verantwortlich.) Das Lidar-System kann harmonische Frequenzen erfassen, die für das menschliche Ohr zu hoch sind. Außerdem werden Laserstrahlen polarisiert, und wenn sie von verschiedenen Oberflächen reflektiert werden, ändert sich ihre Polarisation. Das Ausmaß der Veränderung kann Brydegaard und seinen Kollegen sagen, ob der Flügel eines Insekts glänzend oder matt ist, was auch nützlich ist, wenn versucht wird, verschiedene Arten zu unterscheiden.
Als die dunkle Scheibe der Sonne wieder heller wird, machen die Wissenschaftler Fotos und versuchen, den Kindern vor Ort ohne großen Erfolg zu erklären, wie die Laser funktionieren. Jetzt, wo die Daten fließen, ist die Spannung, die mit dem Aufbau des Lidar-Systems einherging, einfach weggeschmolzen.
Endlich scheint klar, dass der hohe Preis des Experiments nicht umsonst sein wird. Das Team gab ungefähr 12.000 USD für das LIDAR-System aus, ohne die ebenso hohen Kosten für Transport und Arbeit. "Das klingt nach viel Stehen in einem afrikanischen Dorf", gibt Brydegaard zu. Auf der anderen Seite können ältere Formen von Lidar, die zur Untersuchung der Atmosphäre verwendet werden, Hunderttausende von Dollar kosten. Die Belastung durch Malaria würde sich inzwischen auf Milliarden von Dollar belaufen - wenn es überhaupt möglich wäre.
Innerhalb weniger Stunden brennt der helle, runde Sonnenkreis wieder hell. Ein paar Stunden später hat es begonnen, sich zu setzen.
Wir wenden wieder Insektenspray an, um die Mücken abzuwehren, die wieder von den sumpfigen Feldern um Lupiro hereinfliegen werden. Dann gehen wir in die Stadt zum Abendessen, das wie üblich Reis beinhaltet.
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Drei Monate nach dem Experiment rief ich FaunaPhotonics an, um zu erfahren, wie die Analyse voranschreitet. Nachdem so viele Laser ausgefallen waren, wollte ich wissen, ob der letzte ihnen die Ergebnisse geliefert hatte, die sie brauchten.
Die Daten seien unordentlich, sagten sie. "Während des Kochens ist viel Rauch und Staub in der Luft", sagte Jord Prangsma, ein Ingenieur, der für die Analyse der vom Team zurückgebrachten Daten verantwortlich ist. Er fügte hinzu, dass die Daten deutliche Flügelschläge zu zeigen schienen. Aber es ist eine Sache, diese Beats in einer Grafik zu erkennen. "Einem Computer mitzuteilen, dass ich die richtige Frequenz finde, ist etwas anderes", sagte er. Im Gegensatz zu Sotavalta, der Einzelpersonen untersucht hatte, hatte das Team in Tansania Daten von vielen tausend Insekten gesammelt. Sie versuchten, all diese schlagenden Flügel gleichzeitig zu analysieren.
Aber die Hindernisse waren nicht unüberwindbar. "Gegen Mittag sehen wir eine höhere Aktivität", sagte Samuel Jansson über die Daten der Sonnenfinsternis. Dies deutet darauf hin, dass Mücken in der Tat das Licht als Hinweis benutzten, um während der Hauptverkehrszeit nach Nahrung zu suchen. Prangsma fügte hinzu, dass ein von ihm entwickelter Algorithmus damit begann, die entscheidenden Daten herauszusondern. "Aus wissenschaftlicher Sicht ist dies ein sehr umfangreicher Datensatz", sagte er.
In den folgenden Monaten hat FaunaPhotonics weitere Fortschritte erzielt. "Trotz anfänglicher Laserprobleme", schrieb Brydegaard kürzlich in einer E-Mail, "haben die Systeme alle unsere Erwartungen erfüllt."
Jeden Tag, an dem das System in Betrieb war, hätten sie erstaunliche 100.000 Insektenbeobachtungen aufgezeichnet. "Anzeichen dafür sind, dass wir verschiedene Arten und Geschlechtsklassen von Insekten unterscheiden können", fuhr Brydegaard fort.
Brydegaard wird die Ergebnisse zusammen mit seinen Kollegen von der Universität Lund veröffentlichen. FaunaPhotonics wird als kommerzieller Partner sein Lidar-Gerät zusammen mit seiner analytischen Expertise Unternehmen und Forschungseinrichtungen anbieten, die Insekten auf dem Gebiet verfolgen möchten. "Wenn wir einen Kunden haben, der an einer bestimmten Art interessiert ist, passen wir den Algorithmus ein wenig an, um die Art zu erfassen", erklärte Prangsma. „Jeder Datensatz ist einzigartig und muss auf seine Weise angegangen werden.“ Vor kurzem begann FaunaPhotonics eine dreijährige Zusammenarbeit mit Bayer, um seine Technologie weiterzuentwickeln.
Die Erforschung des Flügelschlags hat einen unglaublich langen Weg zurückgelegt, seit Olavi Sotavalta mit seiner absoluten Tonhöhe Insekten identifiziert hat - und doch unterscheidet sich die Arbeit der skandinavischen Wissenschaftler in gewisser Weise kaum von der der finnischen Entomologen. Genau wie Sotavalta bringen sie verschiedene Disziplinen zusammen - in diesem Fall Physik und Biologie, Lidar und Entomologie -, um Muster in der Natur aufzudecken. Aber sie haben noch viel zu tun. FaunaPhotonics und seine Partner werden in einer bevorstehenden Veröffentlichung versuchen, die Punkte zwischen Licht, Lasern und Mücken zu verbinden. Dann werden sie versuchen zu demonstrieren, dass die Untersuchung der Flügelschlaghäufigkeit dem Menschen helfen könnte, andere Krankheiten als Malaria sowie Insekten, die Ernten zerstören, zu kontrollieren.
"Dies ist eine Reise, die nicht wenige Monate dauert", sagte Rasmussen, der Ingenieur. "Dies ist eine Reise, die noch Jahre dauern wird."
Dieser Artikel wurde erstmals von Wellcome on Mosaic veröffentlicht und wird hier unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht.
