Είναι ένα ζεστό καλοκαιρινό απόγευμα στο χωριό Lupiro της Τανζανίας και ο Mikkel Brydegaard σκοντάφτει σε μια καλύβα από τούβλα, προσπαθώντας να βάλει ένα σπασμένο λέιζερ. Δίπλα του, σε ένα ψηλό τρίποδο, τρία τηλεσκόπια δείχνουν μέσα από ένα παράθυρο σε ένα δέντρο σε απόσταση. Ένας φορητός υπολογιστής στηρίζεται σε ένα ανεστραμμένο κουτί, περιμένοντας να λάβει ένα σήμα.
σχετικό περιεχόμενο
- Μουσική ή κατάχρηση ζώων; Μια σύντομη ιστορία του πιάνο γάτας
Με ένα λέιζερ εργασίας, αυτό το σύστημα είναι γνωστό ως ραντάρ τύπου lidar, λέει ο Brydegaard, αλλά χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ αντί για ραδιοκύματα. Η εγκατάσταση πρέπει να συγκεντρώνει ακριβή δεδομένα σχετικά με την κίνηση των κουνουπιών της ελονοσίας. Αλλά καθώς ο ήλιος αρχίζει να βγαίνει έξω, ο Brydegaard γίνεται νευρικός. Αυτός και οι συνάδελφοί του πέρασαν μια εβδομάδα στην Τανζανία και η συσκευή τους δεν έχει αρχίσει να συλλέγει δεδομένα. Είναι σχεδόν χρονοβόρες.
Αύριο, μια ηλιακή έκλειψη θα σβήσει τον ήλιο πάνω από την Τανζανία - γεγονός που συμβαίνει μόνο μία φορά κάθε λίγες δεκαετίες εδώ, και ότι ο Brydegaard και η ομάδα του από το Πανεπιστήμιο Lund της Σουηδίας ταξίδεψαν χιλιάδες μίλια για να δουν. Ο άμεσος στόχος τους είναι να δουν αν η έκλειψη επηρεάζει τη συμπεριφορά των εντόμων που μεταφέρουν ασθένεια. Η μεγαλύτερη αποστολή τους, ωστόσο, είναι να αποδείξουν ότι τα λέιζερ μπορούν να φέρουν επανάσταση στο πώς μελετούνται τα έντομα.
Το Lidar περιλαμβάνει τη λήψη ακτίνας λέιζερ μεταξύ δύο σημείων - στην περίπτωση αυτή, μεταξύ της καλύβας και του δέντρου. Όταν τα έντομα πετούν μέσα στη δέσμη, θα διασκορπίσουν και θα αντανακλούν το φως πίσω στα τηλεσκόπια, δημιουργώντας δεδομένα από τα οποία οι επιστήμονες ελπίζουν να εντοπίσουν διαφορετικά είδη. Σε μια εποχή που τα παράσιτα καταστρέφουν αρκετό φαγητό για να στηρίξουν ολόκληρες χώρες - και όταν οι ασθένειες που προκαλούνται από τα έντομα σκοτώνουν εκατοντάδες χιλιάδες ανθρώπους κάθε χρόνο - αυτή η διάταξη των δοκών και των φακών θα μπορούσε απλώς να βελτιώσει εκατομμύρια ζωές.
Αλλά χωρίς ένα λέιζερ εργασίας, το ταξίδι στην Τανζανία δεν θα μετριέται για τίποτα.
Ήδη η ομάδα έχει έρθει κοντά να εγκαταλείψει. Πριν από λίγες ημέρες, τα δύο υψηλής ισχύος λέιζερ απέτυχαν να λειτουργήσουν. "Η πρώτη μου σκέψη ήταν, εντάξει - πακετάρετε τα πάντα, γυρίζουμε πίσω", λέει ο Brydegaard. "Δεν υπάρχει πουθενά στην Τανζανία μπορούμε να βρούμε ένα ανταλλακτικό". Σκέφτηκε πικρά για τα δεκάδες χιλιάδες δολάρια που είχαν ξοδέψει για εξοπλισμό και ταξίδια. Αλλά στη συνέχεια μπήκε στην πόλη με τον Samuel Jansson, τον μεταπτυχιακό φοιτητή του, και πάνω από μπουκάλια μπύρας έφυγαν από τις επαφές στα τηλέφωνά τους. Ίσως, άρχισαν να σκέφτονται, ήταν δυνατόν να σώσουμε το ταξίδι τελικά.
*
Τα λέιζερ μπορεί να είναι ένα εργαλείο αιχμής για τον εντοπισμό εντόμων, αλλά στην καρδιά της μεθόδου lidar είναι μια κομψή και αιώνια αρχή της εντομολογίας. Σχεδόν κάθε είδος ιπτάμενου εντόμου, από το σκώρο μέχρι το κουνουπιέρα, έχει μια μοναδική συχνότητα φτερών. Για παράδειγμα, ένα θηλυκό κουνούπι Culex stigmatosoma, μπορεί να κτυπήσει τα φτερά του με συχνότητα 350 hertz, ενώ ένα αρσενικό tarsalis Culex μπορεί να φτάσει στα 550 hertz. Λόγω αυτών των διαφορών, ο κτύπος του κτυπήματος ενός εντόμου είναι σαν δακτυλικό αποτύπωμα. Και τα τελευταία χρόνια, η μελέτη του κτυπήματος έχει υποστεί αναγέννηση, ειδικά στον τομέα της ανθρώπινης υγείας.
Πολύ πριν από τα λέιζερ ή τους υπολογιστές, το wingbeat θεωρήθηκε ακουστικά - ακόμα και μουσικά. Ένας προσεκτικός ακροατής θα μπορούσε να ταιριάζει με το buzz μιας μύγας σε ένα κλειδί στο πιάνο. Αυτός είναι ακριβώς ο ίδιος ο Robert Hooke, φυσικός φιλόσοφος, τον 17ο αιώνα: «Είναι σε θέση να πει πόσα εγκεφαλικά επεισόδια κάνει μια μύγα με τα φτερά της (εκείνες τις μύγες που βουίζουν στην πτήση τους) με το σημείωμα στο οποίο απαντάει στο musique κατά τη διάρκεια της πτήσης τους », γράφει ο Samuel Pepys, βρετανός δημόσιος υπάλληλος και φίλος του Hooke.
Αλλά το γεγονός ότι ο Hooke βασίστηκε στα αυτιά του πρέπει να έχει κάνει τα ευρήματά του δύσκολο να επικοινωνούν. Η γνώση παραδοσιακά μοιράστηκε μέσω επιστημονικών εφημερίδων, επιστολών και δειγμάτων, και έτσι οι εντομολόγοι τείνουν να βασίζονται στο όραμα και όχι στην ακοή. "Το πεδίο έχει πολύ, πολύ στενό επίκεντρο για μεγάλο χρονικό διάστημα", λέει η Laura Harrington, μια εντομολόγος και επιδημιολόγος στο Πανεπιστήμιο Cornell της πολιτείας της Νέας Υόρκης.
Ωστόσο, στον 20ο αιώνα, οι ερευνητές άρχισαν να σπάσουν το καλούπι. Η κύρια μέθοδος ανίχνευσης του ποδιού ήταν οπτική: η χρονοφωτογραφική μέθοδος, η οποία περιελάμβανε τη λήψη φωτογραφιών σε ταχεία διαδοχή. Αυτό είχε τους περιορισμούς και ορισμένοι ερευνητές ένιωσαν ότι υπήρχε ένα πλεονέκτημα για την ακουστική προσέγγιση του Ρόμπερτ Χούκε - ειδικά για τον Olavi Sotavalta, έναν Εντομολόγο από τη Φινλανδία που είχε το σπάνιο δώρο απόλυτης πίσσας. Όπως ένας συνθέτης με απόλυτη πίσσα μπορεί να μεταγράψει ένα μουσικό πέρασμα από το αυτί, ο Sotavalta θα μπορούσε να αναγνωρίσει τον ακριβή τόνο των φτερών ενός κουνούπι χωρίς τη βοήθεια ενός πιάνου.
(© Matthew the Horse) «Η ακουστική μέθοδος καθιστά δυνατή την παρατήρηση των εντόμων σε ελεύθερη πτήση», γράφει ο Sotavalta σε μια επιστολή του 1952 στη Φύση . Με άλλα λόγια, επειδή είχε τον απόλυτο αγωνιστικό χώρο, ο Sotavalta μπόρεσε να κάνει παρατηρήσεις στο ποδόσφαιρο όχι μόνο με κάμερες στο εργαστήριο, αλλά και στη φύση, με τα αυτιά του. Οι επιστήμονες ενημερώνονται και περιορίζονται από τις αισθήσεις που επιλέγουν να χρησιμοποιήσουν.
Η περίεργη προσέγγιση της Sotavalta στην έρευνα υποδηλώνει ότι ορισμένες επιστημονικές ιδέες εμφανίζονται όταν συγκρούονται χωριστοί κλάδοι: χρησιμοποίησε το ακουστικό αυτί όχι μόνο για να ταυτοποιήσει τα είδη κατά τη διάρκεια της έρευνάς του, αλλά και για τη μουσική. "Είχε μια όμορφη φωνή τραγουδιού", λέει ο Petter Portin, ένας επίκουρος καθηγητής γενετικής που κάποτε ήταν μαθητής του Sotavalta. Ο Portin τον θυμάται ως ψηλό, λεπτό άνδρα που πάντα φορούσε ένα μπλε εργαστηριακό παλτό.
Τα χαρτιά του Sotavalta στην Εθνική Βιβλιοθήκη της Φινλανδίας είναι ένας περίεργος συνδυασμός επιστολών, μονογραφιών για τη συμπεριφορά των εντόμων και στοίβες της λαϊκής μουσικής. Ορισμένες από τις συνθέσεις του ονομάζονται από τα πουλιά και τα έντομα.
Μια από τις πιο περίεργες εφημερίδες της Sotavalta, που δημοσιεύτηκε στα Annals της Φιλανδικής Ζωολογικής Εταιρείας, καταγράφει με εκπληκτική λεπτομέρεια τα τραγούδια δύο ξεχωριστών νυχτερινών ποδιών. Ο Sotavalta τους άκουσε κατά τη διάρκεια διαδοχικών καλοκαιριών, ενώ παρέμενε στο καλοκαιρινό σπίτι του στο Lempäälä. Το ίδιο το χαρτί φαίνεται ξηρό, μέχρι να καταστεί σαφές ότι προσπαθεί να εφαρμόσει τη θεωρία της μουσικής στο πουλί.
"Το τραγούδι των δύο νυχτερίδων του Sprosser ( Luscinia luscinia L. ) που εμφανίστηκαν σε δύο διαδοχικά έτη καταγράφηκε ακουστικά και παρουσιάστηκε με συμβατική κωμική φράση", έγραψε.
Ακολουθούν περίπου 30 σελίδες σημειώσεων, γραφημάτων και ανάλυση του ρυθμού και της τονικότητας των πουλιών. Αφού υπογράμμισε την ομοιότητα μεταξύ των δύο τραγουδιών, δηλώνει: «Λόγω της μικρής απόστασης μεταξύ των τόπων όπου τραγουδούσαν, συνήχθη το συμπέρασμα ότι ήταν ίσως πατέρας και γιος». Το έργο του είναι μια αναζήτηση για κάποιο είδος του μοτίβου, κάποια μουσική ιδέα, που μοιράζονται τα μέλη του ίδιου είδους.
Ωστόσο, το έγγραφό του στη Φύση ήταν μάλλον πιο συνεπής. Εκεί, ο Sotavalta περιγράφει τις χρήσεις της «ακουστικής μεθόδου» του για την ταυτοποίηση των εντόμων χρησιμοποιώντας την απόλυτη πίσσα του και θεωρεί τις λεπτές αποχρώσεις του κτυπήματος των εντόμων: πόση ενέργεια καταναλώνει και πώς ποικίλλει ανάλογα με την πίεση του αέρα και το μέγεθος του σώματος. Ωστόσο, μόνο δεκαετίες αργότερα οι επιστήμονες, όπως ο Brydegaard, επιβεβαιώνουν τη συνάφεια του κτυπήματος στην μελέτη εντόμων - για παράδειγμα, κουνουπιών που φέρουν ελονοσία.
*
Στην Τανζανία, ο Brydegaard, ο Jansson και ο μηχανικός Flemming Rasmussen δεν έχουν απόλυτη πίσσα - και, ακόμα κι αν το έκαναν, δεν θα βοηθούσαν πολύ. Υπάρχουν εκατομμύρια έντομα μέσα και γύρω από το χωριό και τρέχουν σε μια συμφωνία που δεν τελειώνει ποτέ.
Αυτό που έχουν αυτοί οι επιστήμονες, αντί για ένα έντονο αυτί, είναι ένα gadget υψηλής τεχνολογίας και δύο σπασμένα λέιζερ. Και τα τηλέφωνά τους.
Όταν τα λέιζερ απέτυχαν, χρειάστηκαν λίγες λανθασμένες εκκινήσεις για να βρεθεί λύση. Ένας ερευνητής στην Ακτή του Ελεφαντοστού είχε εργαστήριο λέιζερ, αλλά ήταν μακριά στις ΗΠΑ. Ο Brydegaard θεώρησε ότι έστειλε αντικατάσταση με το ταχυδρομείο, αλλά ήξερε ότι - χάρη στα τελωνεία και την ημερήσια διαδρομή από το αεροδρόμιο του Dar es Salaam - πιθανότατα δεν θα φτάσει εγκαίρως για την έκλειψη.
Τέλος, έστειλαν ένα γραπτό μήνυμα στον Frederik Taarnhøj, διευθύνοντα σύμβουλο της FaunaPhotonics, τον εμπορικό τους εταίρο, και ρώτησαν αν θα σκεφτόταν να στείλει έναν επιστήμονα από τη Σουηδία με κάποια ανταλλακτικά λέιζερ. Το Taarnhøj είπε ναι.
Έτσι, το τρίο έκανε μερικές φρενίτικες κλήσεις και τελικά έπεισε έναν άλλο μεταπτυχιακό φοιτητή, Elin Malmqvist, να επιβιβαστεί σε αεροπλάνο την επόμενη μέρα. Όταν το έκανε, μετέφερε τρία μικρά μεταλλικά κουτιά στη βαλίτσα της.
Το έπος δεν τελείωσε, ωστόσο. Ακόμη και μετά την τεράστια δαπάνη της πτήσης τελευταίας στιγμής, η πρώτη αντικατάσταση απέτυχε: ο Brydegaard, σε βιασύνη του, μπερδεύει την άνοδο με την κάθοδο, η οποία βραχυκυκλώνει τη δίοδο λέιζερ. Το δεύτερο λέιζερ έδωσε μια ακτίνα, αλλά, ανεξήγητα, ήταν τόσο αχνό, ώστε να είναι άχρηστο.
Είναι το τελευταίο λέιζερ που ο Brydegaard αποσυμπιέζει τώρα, ελπίζοντας ότι τουλάχιστον αυτός θα λειτουργήσει όπως αναμενόταν. Μέχρι τη στιγμή που το βιδώνει πάνω στο τρίποδο, είναι σχεδόν ηλιοβασίλεμα και η διέγερσή του είναι ορατή. Μέσα σε μια ώρα, θα είναι πολύ σκοτεινό για να βαθμονομήσει ακόμη και ένα λέιζερ εργασίας. Τα πάντα βγαίνουν σε αυτό το κομμάτι του εξοπλισμού.
*
Το εργαστήριο της Laura Harrington στο Cornell μοιάζει λίγο σαν μια κουζίνα εστιατορίου. Αυτό που μοιάζει με την πόρτα σε έναν καταψύκτη που οδηγεί στην πραγματικότητα οδηγεί σε μια αίθουσα επώασης. Είναι υγρό και φωτίζεται από τα φώτα φθορισμού. Τα ράφια καλύπτονται σε κουτιά με μεγάλη ετικέτα. Ο Harrington μου δείχνει τα αυγά κουνουπιών μέσα στα είδη δοχείων μίας χρήσης που θα έφερνα σούπα μέσα. Για να αποφύγετε τη διαφυγή των κουνούπια, πάνω από το επάνω μέρος των δοχείων υπάρχει ένα είδος καθαρού νυφικού πέπλου, μου λέει. Η μέθοδος δεν είναι αρκετά ξεκάθαρη. Λίγα κουνούπια έχουν δραπετεύσει, και buzz γύρω από τα αυτιά και τους αστραγάλους μας ενώ chat.
Όταν μιλάμε για την προσέγγιση της Sotavalta, ο Harrington λέει ότι ήταν "σίγουρα μπροστά από την εποχή του". Ακόμη και τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές που σκέφτηκαν να ακούν τα κουνούπια δεν συνειδητοποίησαν πόσα έντομα είναι ικανά να ακούσουν. "Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα θηλυκά κουνούπια ήταν κωφάλαλα - ότι δεν έδιναν προσοχή στο να ακούγονται καθόλου", λέει ο Harrington.
Αλλά το 2009, ο Harrington έβαλε αυτή τη μακρόχρονη υπόθεση στην δοκιμασία. Σε ένα ασυνήθιστο και περίπλοκο πείραμα, αυτή και οι συνάδελφοί της δέσμιζαν ένα θηλυκό κουνουπιού Aedes aegypti σε μια τρίχα, εγκατέστησαν ένα μικρόφωνο κοντά και τοποθετήθηκαν τόσο μέσα σε μια αναποδογυρισμένη δεξαμενή ψαριών. Στη συνέχεια κυκλοφόρησαν αρσενικά κουνούπια μέσα στη δεξαμενή και κατέγραψαν τα αποτελέσματα.
Τα ευρήματα της ομάδας έκπληκταν τον Harrington και οδήγησαν σε μια σημαντική ανακάλυψη στην μελέτη του ήχου και της ενθουσολογίας. Ο Aedes aegypti διεξήγαγε ένα είδος χορού ζευγαρώματος μέσα στο αεροσκάφος, που είχε πάντα να κάνει με τον ήχο. Όχι μόνο τα θηλυκά κουνούπια ανταποκρίθηκαν στους ήχους των ανδρών, αλλά φαινόταν να επικοινωνούν με τους δικούς τους ήχους. "Ανακαλύψαμε ότι τα αρσενικά και τα θηλυκά τραγουδούν πραγματικά το ένα το άλλο", λέει ο Harrington. "Εναρμόνουν ακριβώς πριν από το ζευγάρωμα."
Αυτό το "τραγούδι ζευγαρώματος" δεν παράγεται από φωνητικά σχοινιά. Παράγεται με πτύχωση φτερά. Κατά τη διάρκεια της κανονικής πτήσης, τα κουνούπια ανδρών και γυναικών έχουν ελαφρώς διαφορετικές φτερούρες. Αλλά ο Harrington διαπίστωσε ότι κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζευγαρώματος, τα αρσενικά ευθυγραμμίζονταν με την συχνότητα των φτερών τους με εκείνη των θηλυκών.
"Πιστεύουμε ότι το θηλυκό δοκιμάζει το αρσενικό", εξηγεί ο Harrington. "Πόσο γρήγορα μπορεί να συγκλίνει αρμονικά." Αν ναι, τα τραγούδια των κουνουπιών μπορεί να λειτουργούν σαν ακουστικά χαρακτηριστικά παγώνου. Φαίνονται να βοηθήσουν τα θηλυκά να αναγνωρίσουν τους πιο ικανούς συντρόφους.
(© Matthew the Horse) Με αυτά τα αποτελέσματα, και με μια πρόσφατη επιχορήγηση από το Ίδρυμα Bill & Melinda Gates, το εργαστήριο του Harrington ξεκίνησε την ανάπτυξη μιας νέας παγίδας κουνουπιών για την έρευνα πεδίου. Παρόμοια έργα έχουν αναλάβει ομάδες από το Πανεπιστήμιο James Cook στην Αυστραλία και το Πανεπιστήμιο Columbia στη Νέα Υόρκη, μεταξύ άλλων.
Για έναν ερευνητή, υπάρχουν μειονεκτήματα στις παγίδες των κουνουπιών που υπάρχουν σήμερα. Οι χημικές παγίδες πρέπει να ξαναγεμίζονται, ενώ οι ηλεκτρικές παγίδες τείνουν να σκοτώνουν τα κουνούπια. Η Harrington θέλει τη νέα της παγίδα να αξιοποιήσει τη δύναμη του ήχου για να συλλάβει ζωντανά δείγματα για παρακολούθηση και μελέτη. Θα συνδυάσει καθιερωμένες μεθόδους για την προσέλκυση κουνουπιών, όπως χημικών ουσιών και αίματος, με ηχογραφημένους ήχους κουνουπιών που μιμούνται το τραγούδι ζευγαρώματος. Είναι σημαντικό να χρησιμοποιηθεί για να συλλάβει τα κουνούπια και των δύο φύλων.
Ιστορικά, οι επιστήμονες έχουν επικεντρωθεί στην αλίευση θηλυκών κουνουπιών, τα οποία δύο φορές την ημέρα κυνηγούν τα θηλαστικά για να δαγκώσουν - και τα οποία μπορεί να φέρουν το παράσιτο της ελονοσίας (τα αρσενικά όχι). Αλλά οι επιστήμονες έχουν αρχίσει πρόσφατα να θεωρούν τα αρσενικά κουνούπια ένα σημαντικό μέρος του ελέγχου της ελονοσίας. Για παράδειγμα, μια τρέχουσα πρόταση για την καταπολέμηση της νόσου περιλαμβάνει την απελευθέρωση γενετικά τροποποιημένων αρσενικών που παράγουν στείρα απογόνους, για τη μείωση του πληθυσμού των κουνούπια που μεταφέρουν νόσο σε μια δεδομένη περιοχή.
Η ελπίδα του Harrington είναι ότι μια ακουστική παγίδα - χρησιμοποιώντας το ζευγάρι τραγουδιού που προσελκύει αρσενικά - θα βοηθούσε στη δημιουργία νέων στρατηγικών όπως αυτό είναι δυνατό. "Αυτό που προσπαθούμε να κάνουμε είναι να σκεφτούμε πραγματικά έξω από το κουτί και να εντοπίσουμε νέους και νέους τρόπους για να ελέγξουμε αυτά τα κουνούπια", λέει.
*
Με το τελευταίο λέιζερ τελικά στη θέση του, ο Brydegaard γυρίζει ένα διακόπτη. Ξαφνικά, στην οθόνη του φορητού υπολογιστή δίπλα στο τρίποδο εμφανίζεται μια μικρή λευκή κουκκίδα. Ο καθένας αναπνέει ανακούφιση: το λέιζερ λειτουργεί.
Η ομάδα - αποτελούμενη από τους Brydegaard, Jansson, Malmqvist και Rasmussen - περάσει τα τελευταία 15 λεπτά της ημέρας φέρνοντας την ακτίνα στο επίκεντρο. Εκτός από μερικά τοπικά παιδιά, που φωνάζουν " mzungu " - Σουαχίλι για αλλοδαπός με ανοιχτόχρωμο δέρμα - κανείς δεν φαίνεται να ενοχλείται ιδιαίτερα από τους Ευρωπαίους που τσακίζουν με τηλεσκόπια.
Η ηλιοβασίλεμα ρίχνει ένα όμορφο, απαλό φως σε ολόκληρο το ελώδες τοπίο γύρω από το Lupiro, αλλά σηματοδοτεί επίσης την έναρξη της μετάδοσης της ελονοσίας. Καθώς το σκοτάδι αρχίζει να πέφτει στην καλύβα όπου είναι εγκατεστημένο το σύστημα lidar, οι χωρικοί μπαίνουν από τα χωράφια. πυλώνες καπνού αυξάνονται από τις εστίες φωτιάς. Οι ντόπιοι εδώ στηρίζονται στο ρύζι για την επιβίωσή τους: το συρραπτικό σερβίρεται με δύο γεύματα την ημέρα, και κατά μήκος του σκονισμένου κεντρικού δρόμου, ρύζι ρύζι συσσωρεύεται σαν φύλλα το φθινόπωρο. Όμως, τα πεδία του ρυζιού απαιτούν στάσιμο νερό, ενώ το ύστατο νερό προωθεί τα κουνούπια της ελονοσίας. Τα έντομα έχουν ήδη αρχίσει να χτυπούν γύρω από τα πόδια μας.
Τώρα που το βράδυ έχει εγκατασταθεί γύρω μας, το σύστημα lidar έχει αρχίσει τελικά να καταγράφει ένα χείμαρρο δεδομένων. Η ομάδα κάθεται γύρω από την καλύβα στο σκοτάδι. μια γεννήτρια βενζίνης βουίζει έξω, ενεργοποιώντας το λέιζερ και τον υπολογιστή. Στην οθόνη του φορητού υπολογιστή, μια οδοντωτή κόκκινη γραμμή δείχνει κορυφές και κοιλάδες. Ο καθένας, λέει ο Brydegaard, αντιπροσωπεύει μια ηχώ από τη δέσμη. Περίπου το σούρουπο, δεκάδες ή εκατοντάδες έντομα μπορούν να περάσουν τη δέσμη κάθε λεπτό. Παρακολουθούμε την περίοδο που οι κληρονόμοι αναφέρουν ως "ώρα αιχμής" - το κύμα της δραστηριότητας που αρχίζει όταν τα θηλυκά κουνούπια μπαίνουν στο χωριό και αρχίζουν την αναζήτηση για φαγητό.
Ο Nicodemus Govella, ιατρικός ενδοντολόγος στο διάσημο Ινστιτούτο Υγείας της Τανζανίας - τοπικός συνεργάτης της FaunaPhotonics - έχει δει τα κουνούπια βράδυ εκατοντάδες, ακόμη και χιλιάδες φορές. Ξέρει πώς αισθάνεται να τρέμει και να κάνει εμετό καθώς το παράσιτο της ελονοσίας κρατιέται. έχει βιώσει τα συμπτώματα ξανά και ξανά. «Κατά τη διάρκεια της παιδικής ηλικίας μου, δεν μπορώ να υπολογίζω πόσες φορές», μου λέει.
Εάν οι επιδημιολόγοι της Τανζανίας διεξάγουν έναν πόλεμο κατά της ελονοσίας, το ινστιτούτο υγείας της Ifakara λειτουργεί σαν ένα υπουργείο πληροφοριών - παρακολουθεί την πυκνότητα, τη διανομή και το χρονοδιάγραμμα των δαγκωμάτων από τα κουνούπια της ελονοσίας. Παραδοσιακά, λέει ο Govella, το "χρυσό πρότυπο" της παρακολούθησης κουνουπιών ήταν μια μέθοδος που ονομάζεται αλίευση προσγείωσης ανθρώπων. Είναι χαμηλής τεχνολογίας αλλά αξιόπιστο: ένας εθελοντής λαμβάνει φάρμακα για την πρόληψη της μετάδοσης της ελονοσίας και έπειτα κάθεται έξω με τα πόδια γυμνά, αφήνοντας τα κουνούπια να προσγειώνονται και να δαγκώνουν.
Το πρόβλημα είναι ότι η προστασία από την ελονοσία δεν είναι πλέον αρκετή. Πολλές άλλες ασθένειες, από τον πυρετό του δάγκου μέχρι το Zika, μεταδίδονται επίσης από τα κουνούπια. Ως αποτέλεσμα, τα αλιεύματα ανθρώπων-προσγείωσης θεωρούνται τώρα ευρέως ανήθικα. "Σας δίνει πληροφορίες, αλλά είναι πολύ επικίνδυνο", λέει ο Govella. «Άλλες χώρες έχουν ήδη απαγορεύσει». Καθώς οι υπάλληλοι της υγειονομικής περίθαλψης αποχωρούν από τις παλιές στρατηγικές για την παρακολούθηση και τον έλεγχο της ελονοσίας, οι εργασίες για τις πειραματικές τεχνικές παίρνουν νέα επείγοντα περιστατικά - όπου θα εισέλθουν τα λέιζερ.
Σε μέρη της Τανζανίας, χάρη εν μέρει στα κουτιά και τα φυτοφάρμακα, η ελονοσία «έχει πέσει πολύ, » μου λέει ο Govella. Αλλά η εξάλειψη της νόσου έχει αποδειχθεί αόριστη. Ορισμένα κουνούπια έχουν αναπτύξει αντίσταση στα φυτοφάρμακα. Ομοίως, τα κουτιά βοήθησαν να μεταφερθεί η νυχτερινή μετάδοση υπό έλεγχο - αλλά τα κουνούπια έχουν προσαρμόσει τη συμπεριφορά τους, αρχίζοντας να δαγκώνουν το σούρουπο και την αυγή, όταν οι άνθρωποι δεν προστατεύονται.
Το 2008, η κόρη του Govella έπληξε την ελονοσία. Η σκέψη του Govella αλλάζει. η ακριβής ιατρική γλώσσα του δίνει τη θέση του σε ένα ήσυχο πάθος. «Δεν θέλω να θυμηθώ», λέει. «Όταν φτάσω σε αυτή τη μνήμη, μου προκαλεί πραγματικά πολύ πόνο».
Στα πρώτα στάδια της, η ελονοσία μπορεί να μοιάζει με ένα κοινό κρυολόγημα - γι 'αυτό είναι τόσο σημαντικό οι επιστήμονες να έχουν τα εργαλεία για την παρακολούθηση της εξάπλωσης του παρασίτου και των κουνουπιών που το μεταφέρουν: για να αποφευχθεί η λανθασμένη διάγνωση. Στην περίπτωση της κόρης του, η έλλειψη πληροφοριών αποδείχθηκε τραγική. «Επειδή δεν εντοπίστηκε σύντομα, προχώρησε στο επίπεδο των σπασμών», λέει ο Govella. Η κόρη του τελικά πέθανε από επιπλοκές της ελονοσίας. Σχεδόν κάθε μέρα από τότε, έχει σκεφτεί την εκρίζωση.
"Μισώ αυτήν την ασθένεια", λέει ο Govella.
*
Η επιμονή της ελονοσίας έχει απογοητεύσει γενιές επιστημόνων. Πάνω από έναν αιώνα μετά την ανακάλυψη του παρασίτου, εξακολουθεί να πλήττει εκατοντάδες εκατομμύρια ανθρώπους κάθε χρόνο, εκ των οποίων μισό εκατομμύριο πεθαίνουν. Ο Harrington έχει τις δικές του αναμνήσεις για το χάος που προκάλεσε η ασθένεια: το 1998, ταξίδεψε στην Ταϊλάνδη για μια σειρά πειραμάτων και συνήψε την ίδια την ελονοσία. "Ήμουν ο μόνος ξένος για τα μίλια και τα μίλια γύρω", λέει. Καθώς ο πυρετός έμπαινε, ο Harrington άρχισε να κατανοεί το πραγματικό βάρος της ασθένειας που μελετούσε.
«Θα μπορούσα να φανταστώ τον εαυτό μου ως χωρικός της Ταϊλάνδης με αυτές τις ασθένειες», μου λέει. Ήταν μακριά από το πλησιέστερο νοσοκομείο και αισθάνθηκε μόνος. "Ένιωσα σαν, αν πέθαινα, ίσως οι άνθρωποι δεν θα μπορούσαν να βρουν." Τελικά, κάποιος την βρήκε και την έβαλε στην πλάτη ενός φορτηγού. Θυμάται να βυθίζεται σε παραλήρημα, κοιτάζοντας έναν ανεμιστήρα που περιστρέφεται ατελείωτα στην οροφή. «Είδα μια νοσοκόμα με μια σύριγγα γεμάτη μωβ υγρό», θυμάται. Της υπενθύμισε πότε εργάστηκε, χρόνια πριν, σε κτηνιατρική κλινική που χρησιμοποίησε μωβ ενέσεις για να ευθανασίαει άρρωστα ζώα. "Νόμιζα ότι ήταν το τέλος."
Τέλος, ο πυρετός έσπασε και ο Χάρινγκτον ήξερε ότι επρόκειτο να επιβιώσει. "Ένιωσα απίστευτα ευγνώμων για τη ζωή μου", λέει. Η εμπειρία την έκανε ακόμα πιο αφοσιωμένη στην έρευνά της. «Ένιωσα ότι είχα την ικανότητα να προσπαθώ να αφιερώσω την καριέρα μου σε κάτι που θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει άλλους ανθρώπους».
Η ελονοσία παρέχει ένα έντονο παράδειγμα για το πώς τα έντομα απειλούν την ανθρώπινη υγεία - αλλά υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι με τους οποίους μπορούν να προκαλέσουν βλάβη. Τα έντομα διαδίδουν επίσης και άλλες μικροβιακές ασθένειες. Τότε υπάρχει το αποτέλεσμα που έχουν στη γεωργία. Σύμφωνα με τον Οργανισμό Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών, τα εντομοκτόνα καταστρέφουν το ένα πέμπτο των συνολικών αποδόσεων των καλλιεργειών. Με άλλα λόγια, εάν οι αγρότες του κόσμου είχαν καλύτερους τρόπους να ελέγξουν τα είδη όπως τα ακρίδες και τα σκαθάρια, θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν εκατομμύρια περισσότερους ανθρώπους.
Τα φυτοφάρμακα μειώνουν τη ζημιά που προκαλούν τα έντομα, αλλά όταν χρησιμοποιούνται αδιάκριτα, μπορούν επίσης να βλάψουν τους ανθρώπους ή να σκοτώσουν τα έντομα στα οποία βασιζόμαστε. Εξακολουθούμε να είμαστε βαθιά εξαρτημένοι από τους επικονιαστές όπως οι μέλισσες, τα σκώροι και τις πεταλούδες, αλλά μια έκθεση του 2016 έδειξε ότι το 40% των ειδών επικονιαστών με ασπόνδυλα απειλούνται με εξαφάνιση. Είναι εξαιτίας αυτής της σχέσης αγάπης-μίσους με τα έντομα που χρειαζόμαστε επειγόντως καλύτερους τρόπους εντοπισμού διαφορετικών ειδών - καλύτερους τρόπους για να διαφοροποιήσουμε τα σφάλματα που μας βοηθούν και τα σφάλματα που μας βλάπτουν.
(© Matthew the Horse) *
Την ημέρα της έκλειψης, λίγο πριν το μεσημέρι, στους γαλάζιους ουρανούς πάνω από το Lupiro, ο μαύρος δίσκος του φεγγαριού περνά μπροστά από τον ήλιο. Μια ομάδα παιδιών έχει συγκεντρωθεί. κρατούν στα χέρια τους μικρές πλάκες από συγκολλητικό γυαλί που έφεραν μαζί τους οι σκανδιναβικοί επιστήμονες. Κοιτώντας μέσα από το πράσινο-γυαλισμένο ποτήρι, τα παιδιά μπορούν να δουν τη στενή ημισέληνο του ήλιου.
Το χωριό γύρω μας έχει εξασθενήσει. οι σκιές μας έχουν γίνει λιγότερο διακριτές. Κρίνοντας από το φως, αισθάνεται σαν μια ξαφνική καταιγίδα έχει έρθει, ή κάποιος έχει γυρίσει ένα dimmer που έχει κάνει τον ήλιο να εξασθενίσει. Οι επιστήμονες από τη Σουηδία, μαζί με τους συνεργάτες τους στο Ινστιτούτο Υγείας της Ifakara και το FaunaPhotonics, θέλουν να μάθουν αν στο έντονο φως μιας έκλειψης τα έντομα γίνονται πιο ενεργά, όπως κάνουν και το σούρουπο.
Στην οθόνη, βλέπουμε τις κόκκινες κορυφές, οι οποίες έχουν πάρει πάλι - όχι όσες είδαμε στο ηλιοβασίλεμα και την ανατολή, αλλά περισσότερο από το συνηθισμένο. Υπάρχει ένας απλός λόγος που τα δεδομένα αυτά έχουν σημασία: εάν τα κουνούπια είναι πιο ενεργά κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης, αυτό υποδηλώνει ότι χρησιμοποιούν το φως ως σύνθημα, γνωρίζοντας πότε να σμήθουν κάθε πρωί και βράδυ από την αχνότητα του ανερχόμενου και δύσκολου ηλίου.
Δεδομένου ότι τα δεδομένα εισέρχονται, οι επιστήμονες με μιλούν μέσα από αυτό που εξετάζουμε. Το Lidar αναπτύχθηκε αρχικά για να μελετήσει φαινόμενα μεγάλης κλίμακας, όπως αλλαγές στην ατμοσφαιρική χημεία. Το σύστημα αυτό έχει απλουστευθεί στο ελάχιστο.
Κάθε ένα από τα τρία τηλεσκόπια στο τρίποδο έχει ξεχωριστή λειτουργία. Ο πρώτος κατευθύνει το εξερχόμενο λέιζερ σε ένα δέντρο περίπου μισό χιλιόμετρο μακριά. Καρφιτσωμένο στον κορμό του δέντρου είναι ένας μαύρος πίνακας, όπου η ακτίνα τερματίζεται. (Για να ξεκαθαρίσει μια διαδρομή για το λέιζερ, ο Jansson, ο φοιτητής, έπρεπε να κόψει ένα μονοπάτι μέσα από την πελεκητή με μια μακέτα.)
Όταν τα έντομα πετούν μέσα από τη δέσμη λέιζερ, οι αντανακλάσεις αναπηδούν πίσω στη συσκευή από τις πτέρυγες που τους χτυπάνε και παίρνουν το δεύτερο τηλεσκόπιο. Το τρίτο τηλεσκόπιο επιτρέπει στην ομάδα να στοχεύει και να βαθμονομεί το σύστημα. ολόκληρη η συσκευή συνδέεται με φορητό υπολογιστή που συγκεντρώνει τα δεδομένα. Οι κόκκινες κορυφές που χορεύουν στην οθόνη αποτελούν έντομα που διασχίζουν τη δέσμη λέιζερ.
Για να καταγράψει τις αντανακλάσεις, που ο Brydegaard ονομάζει "ατμόσφαιρα ηχώ", το σύστημα lidar συλλαμβάνει 4.000 στιγμιότυπα ανά δευτερόλεπτο. Αργότερα, η ομάδα θα χρησιμοποιήσει έναν αλγόριθμο για να χτυπήσει μέσω των στιγμιότυπων για συχνότητα wingbeat - το δακτυλικό αποτύπωμα κάθε είδους.
Αυτή η συσκευή, με άλλα λόγια, επιτυγχάνει με τα οπτικά στοιχεία που πέτυχε ο Olavi Sotavalta με τα αυτιά του, και τι πέτυχε ο Harrington με τη βοήθεια ενός μικροφώνου.
Αλλά υπάρχουν κάποια στοιχεία στα δεδομένα του lidar που το ανθρώπινο αυτί δεν θα μπορούσε ποτέ να διακρίνει. Για παράδειγμα, η συχνότητα των κτυπήματος των εντόμων συνοδεύεται από αρμονικές υψηλότερου ύψους. (Τα αρμονικά είναι αυτά που προσδίδουν πλούτο στον ήχο ενός βιολιού · είναι υπεύθυνα για τον δακτύλιο συντονισμού που παράγεται από μια σιωπηρή χορδή κιθάρας.) Το σύστημα lidar μπορεί να συλλάβει αρμονικές συχνότητες που είναι πολύ υψηλές για να ακούσει το ανθρώπινο αυτί. Επιπλέον, οι δέσμες λέιζερ είναι πολωμένες, και όταν αντανακλούν διαφορετικές επιφάνειες, η πόλωση τους αλλάζει. Η ποσότητα της αλλαγής μπορεί να πει στον Brydegaard και στους συναδέλφους του αν η πτέρυγα ενός εντόμου είναι γυαλιστερή ή ματ, κάτι που είναι επίσης χρήσιμο όταν προσπαθείτε να διακρίνετε διαφορετικά είδη.
Καθώς ο σκοτεινός δίσκος του ήλιου αρχίζει να φωτίζεται και πάλι, οι επιστήμονες τραβούν φωτογραφίες και προσπαθούν, χωρίς μεγάλη επιτυχία, να εξηγήσουν πώς δουλεύουν τα λέιζερ στα τοπικά παιδιά. Τώρα που τα δεδομένα ρέουν, η ένταση που συνοδεύει τη ρύθμιση του συστήματος lidar έχει απλώς λιώσει.
Φαίνεται τέλος ότι η υψηλή τιμή του πειράματος δεν θα είναι μάταιη. Η ομάδα δαπάνησε περίπου 12.000 δολάρια για το σύστημα lidar, χωρίς να συμπεριλάβει το εξίσου υψηλό κόστος μεταφοράς και εργασίας. "Αυτό ακούγεται σαν πολλά, στέκεται σε ένα αφρικανικό χωριό, " παραδέχεται ο Brydegaard. Από την άλλη πλευρά, οι παλαιότερες μορφές lidar, που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της ατμόσφαιρας, μπορούν να κοστίζουν εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια. Το βάρος της ελονοσίας, εν τω μεταξύ, θα υπολογίζεται στα δισεκατομμύρια δολάρια - εάν θα μπορούσε να υπολογιστεί καθόλου.
Μέσα σε λίγες ώρες, ο λαμπρός κύκλος του ήλιου καίει φωτεινά. Λίγες ώρες μετά από αυτό, έχει αρχίσει να τίθεται.
Εφαρμόζουμε ξανά σπρέι σκουπιδιών για να αποφύγουμε τα κουνούπια που θα περάσουν για άλλη μια φορά από τα ελώδη πεδία γύρω από το Lupiro. Στη συνέχεια μπαίνουμε στην πόλη για δείπνο, το οποίο, ως συνήθως, περιλαμβάνει ρύζι.
*
Τρεις μήνες μετά το πείραμα, κάλεσα το FaunaPhotonics να μάθει πώς εξελίσσεται η ανάλυσή τους. Μετά την αποτυχία πολλών λέιζερ, ήθελα να μάθω αν ο τελευταίος τους είχε δώσει τα αποτελέσματα που χρειάζονται.
Τα δεδομένα ήταν ακατάστατα, είπαν. "Σχεδόν ο χρόνος μαγειρέματος είναι πολύ καπνός και σκόνη στον αέρα", δήλωσε ο Jord Prangsma, μηχανικός υπεύθυνος για την ανάλυση των δεδομένων που έφερε πίσω η ομάδα. Πρόσθεσε ότι τα δεδομένα φαίνεται ότι δείχνουν ξεχωριστά κτυπήματα. Αλλά είναι ένα πράγμα να εντοπίσουμε αυτούς τους ρυθμούς σε ένα γράφημα. "Για να πει σε έναν υπολογιστή, " Παρακαλώ βρείτε μου τη σωστή συχνότητα ", είναι ένα άλλο πράγμα", είπε. Σε αντίθεση με τον Sotavalta, ο οποίος είχε σπουδάσει άτομα, η ομάδα στην Τανζανία είχε συγκεντρώσει δεδομένα από πολλές χιλιάδες έντομα. Προσπαθούσαν να αναλύσουν όλες αυτές τις φτερούγες ταυτόχρονα.
Αλλά τα εμπόδια δεν ήταν ανυπέρβλητα. "Βλέπουμε μια υψηλότερη δραστηριότητα λίγο πριν το μεσημέρι", δήλωσε ο Samuel Jansson, μιλώντας για τα δεδομένα από την έκλειψη. Αυτό υποδηλώνει ότι τα κουνούπια, πράγματι, χρησιμοποιούσαν το φως ως σύνθημα για να αρχίσουν να ψάχνουν για φαγητό κατά την ώρα αιχμής. Ο Prangsma πρόσθεσε ότι ένας αλγόριθμος που είχε αναπτύξει αρχίζει να διαχωρίζει τα κρίσιμα δεδομένα. «Από επιστημονική άποψη, αυτό είναι ένα πολύ πλούσιο σύνολο δεδομένων», είπε.
Κατά τη διάρκεια των επόμενων μηνών, η FaunaPhotonics συνέχισε να σημειώνει πρόοδο. «Παρά τα αρχικά προβλήματα λέιζερ», γράφει ο Brydegaard σε ένα πρόσφατο μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, «τα συστήματα εκτελούσαν την ικανοποίηση όλων των προσδοκιών μας».
Κάθε μέρα που το σύστημα ήταν σε λειτουργία, είπε, είχαν καταγράψει εντυπωσιακές παρατηρήσεις 100.000 εντόμων. "Ενδείξεις είναι ότι μπορούμε να διακρίνουμε διάφορα είδη και τάξεις των φυλών των εντόμων", συνεχίζει ο Brydegaard.
Μαζί με τους συναδέλφους του Πανεπιστημίου του Lund, ο Brydegaard θα δημοσιεύσει τα αποτελέσματα. Η FaunaPhotonics, ως εμπορικός συνεργάτης της, θα προσφέρει τη συσκευή lidar μαζί με την αναλυτική εμπειρογνωμοσύνη της σε εταιρείες και ερευνητικούς οργανισμούς που προσπαθούν να εντοπίσουν έντομα στον τομέα. "Αν έχουμε έναν πελάτη που ενδιαφέρεται για ένα συγκεκριμένο είδος, τότε θα προσαρμόσουμε τον αλγόριθμο λίγο για να στοχεύσουμε το είδος", εξηγεί ο Prangsma. "Κάθε σύνολο δεδομένων είναι μοναδικό και πρέπει να αντιμετωπιστεί με τον δικό του τρόπο." Πρόσφατα, η FaunaPhotonics ξεκίνησε μια τριετή συνεργασία με την Bayer για να συνεχίσει να αναπτύσσει την τεχνολογία της.
Η μελέτη του κτυπήματος έχει προέλθει πολύ απλά από τότε που ο Olavi Sotavalta χρησιμοποίησε το απόλυτο γήπεδο για να εντοπίσει τα έντομα - και όμως με κάποιους τρόπους, το έργο των σκανδιναβικών επιστημόνων διαφέρει ελάχιστα από το φινλανδικό ενδόμολο. Ακριβώς όπως και η Sotavalta, φέρνουν μαζί τους διαφορετικούς κλάδους - στην περίπτωση αυτή τη φυσική και τη βιολογία, το lidar και την εντομολογία - για να αποκαλύψουν τα πρότυπα στη φύση. Αλλά έχουν πολλά να κάνουν. Η FaunaPhotonics και οι συνεργάτες της θα ξεκινήσουν, σε προσεχές έγγραφο, προσπαθώντας να συνδέσουν τις κουκίδες μεταξύ φωτός, λέιζερ και κουνούπια. Στη συνέχεια, θα προσπαθήσουν να αποδείξουν ότι η μελέτη της συχνότητας των φτερών μπορεί να βοηθήσει τους ανθρώπους να ελέγξουν άλλες ασθένειες εκτός από την ελονοσία, καθώς και τα έντομα που καταστρέφουν τις καλλιέργειες.
"Αυτό είναι ένα ταξίδι που δεν είναι λίγους μήνες", δήλωσε ο Rasmussen, ο μηχανικός. "Αυτό είναι ένα ταξίδι που θα διαρκέσει χρόνια."
Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά από τον Wellcome on Mosaic και αναδημοσιεύθηκε εδώ με άδεια Creative Commons.
