Waarom we moeten beginnen met het luisteren naar insecten

Het is een warme zomermiddag in het Tanzaniaanse dorp Lupiro, en Mikkel Brydegaard hurkt in een stenen hut en probeert een gebroken laser te repareren. Naast hem, op een groot statief, wijzen drie telescopen door een raam naar een boom in de verte. Een laptop rust op een omgekeerde doos, wachtend op een signaal.

gerelateerde inhoud

• Muziek of dierenmishandeling? Een korte geschiedenis van de kattenpiano

Met een werkende laser staat dit systeem bekend als lidar-achtige radar, zegt Brydegaard, maar met een laser in plaats van radiogolven. De opzet is om nauwkeurige gegevens te verzamelen over de verplaatsing van malariamuggen. Maar als de zon buiten begint te ondergaan, wordt Brydegaard nerveus. Hij en zijn collega's hebben een week in Tanzania doorgebracht en hun apparaat is nog steeds niet begonnen met het verzamelen van gegevens. Ze hebben bijna geen tijd meer.

Morgen zal een zonsverduistering de zon boven Tanzania verdoezelen - een gebeurtenis die hier slechts om de paar decennia plaatsvindt, en dat Brydegaard en zijn team van de Universiteit Lund in Zweden duizenden kilometers hebben afgelegd om te zien. Hun directe doel is om te zien of de eclips het gedrag van ziektedragende insecten beïnvloedt. Hun grotere missie is echter om aan te tonen dat lasers een revolutie teweeg kunnen brengen in de manier waarop insecten worden bestudeerd.

Lidar omvat het fotograferen van een laserstraal tussen twee punten - in dit geval tussen de hut en de boom. Wanneer insecten door de straal vliegen, verspreiden ze zich en reflecteren het licht terug naar de telescopen, waardoor gegevens worden gegenereerd waarvan de wetenschappers hopen verschillende soorten te identificeren. In een tijd waarin ongedierte genoeg voedsel vernietigt om hele landen in stand te houden - en wanneer door insecten overgedragen ziekten honderdduizenden mensen per jaar doden - kan deze opstelling van stralen en lenzen, misschien wel miljoenen levens verbeteren.

Maar zonder werkende laser zal de reis naar Tanzania voor niets tellen.

Het team is al dicht bij het opgeven gekomen. Een paar dagen geleden werkten hun twee krachtige lasers niet. "Mijn eerste gedachte was, OK - pak alles in, we gaan terug", zegt Brydegaard. "Nergens in Tanzania kunnen we een reserveonderdeel vinden." Hij dacht bitter na over de tienduizenden dollars die ze aan apparatuur en reizen hadden uitgegeven. Maar toen liep hij de stad in met Samuel Jansson, zijn afgestudeerde student, en over flessen bier scrolden ze door de contacten op hun telefoons. Misschien begonnen ze te denken dat het toch mogelijk was om de reis te redden.

*

Lasers kunnen een geavanceerd hulpmiddel zijn voor het identificeren van insecten, maar de kern van de lidar-methode is een elegant en eeuwenoud principe van entomologie. Bijna elke soort vliegend insect, van mot tot mug tot mug, heeft een unieke vleugelfrequentie. Een vrouwelijke Culex stigmatosoma- mug kan bijvoorbeeld zijn vleugels slaan met een frequentie van 350 hertz, terwijl een mannelijke Culex-tarsalis dat kan bij 550 hertz. Vanwege deze verschillen is de vleugelslag van een insect als een vingerafdruk. En in de afgelopen jaren heeft de studie van wingbeat een renaissance ondergaan, vooral op het gebied van de menselijke gezondheid.

Lang voor lasers of computers werd aan wingbeat gedacht in auditieve - zelfs muzikale - termen. Een zorgvuldige luisteraar kan het gezoem van een vlieg koppelen aan een toets op de piano. Dat is precies wat Robert Hooke, een natuurlijke filosoof, deed in de 17e eeuw: “Hij is in staat om te vertellen hoeveel slagen een vlieg maakt met haar vleugels (die vliegen die neuriën in hun vliegen) door de opmerking waar het op reageert in musique tijdens hun vliegen ”, schreef Samuel Pepys, een Britse ambtenaar en vriend van Hooke.

Maar het feit dat Hooke op zijn oren vertrouwde, moet zijn bevindingen moeilijk gemaakt hebben om te communiceren. Kennis werd traditioneel gedeeld via wetenschappelijke artikelen, brieven en specimen-tekeningen, en dus vertrouwden entomologen eerder op visie dan op gehoor. "Het veld heeft lange tijd een zeer, zeer beperkte focus gehad", zegt Laura Harrington, een entomoloog en epidemioloog aan de Cornell University in de staat New York.

In de 20e eeuw begonnen onderzoekers echter de schimmel te breken. De belangrijkste wingbeat-detectiemethode was visueel: de chronofotografische methode, waarbij snel achter elkaar foto's werden gemaakt. Dit had zijn beperkingen, en een paar enthousiaste onderzoekers vonden dat er een voordeel was aan de auditieve benadering van Robert Hooke - vooral Olavi Sotavalta, een entomoloog uit Finland die het zeldzame geschenk van absolute toonhoogte had. Net zoals een componist met absolute toonhoogte een muzikale passage op het gehoor zou kunnen transcriberen, kon Sotavalta de precieze toon van de vleugels van een mug identificeren zonder de hulp van een piano.

"De akoestische methode maakt het mogelijk om insecten in vrije vlucht te observeren, " schreef Sotavalta in een artikel in 1952 in Nature . Met andere woorden, omdat hij een absoluut gehoor had, was Sotavalta in staat om niet alleen met camera's in het laboratorium, maar ook in de natuur, met zijn oren wingbeat-observaties te maken. Wetenschappers worden geïnformeerd en beperkt door de zintuigen die ze willen gebruiken.

Sotavalta's eigen benadering van onderzoek suggereert dat bepaalde wetenschappelijke inzichten naar voren komen wanneer afzonderlijke disciplines botsen: hij gebruikte zijn cany oor niet alleen om soorten te identificeren tijdens zijn onderzoek, maar ook voor muziek. "Hij had een prachtige zangstem", zegt Petter Portin, emeritus hoogleraar genetica die ooit een student van Sotavalta was. Portin herinnert zich hem als een lange, slanke man die altijd een blauwe laboratoriumjas droeg.

De papieren van Sotavalta in de Nationale Bibliotheek van Finland zijn een merkwaardige combinatie van brieven, monografieën over insectengedrag en stapels bladmuziek. Sommige van zijn composities zijn vernoemd naar vogels en insecten.

Een van de vreemdste papieren van Sotavalta, gepubliceerd in de Annals of the Finnish Zoological Society, documenteert verbazingwekkend gedetailleerd de liedjes van twee specifieke nachtegalen. Sotavalta hoorde ze tijdens opeenvolgende zomers tijdens zijn verblijf in zijn zomerhuis in Lempäälä. Het papier zelf lijkt droog, totdat duidelijk wordt dat hij de muziektheorie probeert toe te passen op vogelgezang.

"Het lied van de twee Sprosser-nachtegalen ( Luscinia luscinia L. ) die zich in twee opeenvolgende jaren voordeden, werd akoestisch opgenomen en gepresenteerd met conventionele staafnotatie", schreef hij.

Hierop volgen bijna 30 pagina's met noten, grafieken en analyses van het ritme en de tonaliteit van de vogels. Na de gelijkenis tussen de twee nummers te hebben benadrukt, verklaart hij: "Vanwege de korte afstand tussen de plaatsen waar ze zongen, werd geconcludeerd dat ze misschien vader en zoon waren." Het is alsof zijn werk een zoektocht is naar een soort van patroon, een muzikaal idee, gedeeld door leden van dezelfde soort.

Zijn artikel in de natuur was echter eerder consequent. Daar beschrijft Sotavalta het gebruik van zijn "akoestische methode" van het identificeren van insecten met behulp van zijn absolute toonhoogte, en theoretiseert over de subtiliteiten van de wingbeat van insecten: hoeveel energie het verbruikt, en hoe het varieert afhankelijk van de luchtdruk en lichaamsgrootte. Desondanks bevestigden wetenschappers zoals Brydegaard pas tientallen jaren later de relevantie van wingbeat in de studie van insecten - bijvoorbeeld malariadragende muggen.

*

In Tanzania hebben Brydegaard, Jansson en ingenieur Flemming Rasmussen geen absoluut veld - en zelfs als ze dat wel zouden doen, zou het niet veel helpen. Er zijn miljoenen insecten in en rond het dorp, en ze blijven voortbewegen in een symfonie die nooit eindigt.

Wat deze wetenschappers hebben, in plaats van een scherp oor, is een hightech gadget en twee gebroken lasers. En hun telefoons.

Toen de lasers faalden, duurde het een paar valse starts om een ​​oplossing te vinden. Een onderzoeker in Ivoorkust had een werkende laser, maar hij was weg in de VS. Brydegaard overwoog om per post een vervanger te sturen, maar wist dat het - dankzij de douane en de daglange rit vanaf het vliegveld in Dar es Salaam - waarschijnlijk niet op tijd zou aankomen voor de eclips.

Ten slotte stuurden ze een sms-bericht naar Frederik Taarnhøj, CEO van FaunaPhotonics, hun commerciële partner, en vroegen of hij zou overwegen een wetenschapper uit Zweden te sturen met wat reserve-lasers. Taarnhøj zei ja.

Dus deed het trio een paar hectische gesprekken en overtuigde uiteindelijk een andere afgestudeerde student, Elin Malmqvist, om de volgende dag in een vliegtuig te stappen. Toen ze dat deed, droeg ze drie kleine metalen dozen in haar koffer.

De saga was echter nog niet voorbij. Zelfs na de enorme kosten van de last-minute vlucht, faalde de eerste vervanging: Brydegaard verwarde in zijn haast de anode met de kathode, waardoor de laserdiode werd kortgesloten. De tweede laser leverde een straal op, maar onverklaarbaar was hij zo zwak dat hij onbruikbaar was.

Het is de laatste laser die Brydegaard nu uitpakt, in de hoop dat deze tenminste zal werken zoals verwacht. Tegen de tijd dat hij het op het statief schroeven, is het bijna zonsondergang, en zijn agitatie is voelbaar. Binnen een uur is het te donker om zelfs een werkende laser te kalibreren. Alles rijdt op dit apparaat.

*

Het laboratorium van Laura Harrington in Cornell lijkt een beetje op de keuken van een restaurant. Wat lijkt op de deur naar een inloopdiepvriezer, leidt eigenlijk tot een incubatieruimte. Het is vochtig en verlicht door tl-verlichting. De planken zijn bedekt met zorgvuldig geëtiketteerde dozen. Harrington laat me muggeneieren zien in de soorten wegwerpcontainers waarin je soep draagt. Boven op de containers, om te voorkomen dat muggen ontsnappen, is er een soort net - bruidssluier, vertelt ze. De methode is niet helemaal waterdicht. Een paar muggen zijn ontsnapt en ze zoemen rond onze oren en enkels terwijl we kletsen.

Als we het hebben over de aanpak van Sotavalta, zegt Harrington dat hij "zijn tijd zeker vooruit was". Zelfs in de afgelopen jaren wisten onderzoekers die dachten dat ze naar muggen wilden luisteren, niet hoeveel insecten ook konden luisteren. "Lange tijd dachten wetenschappers dat vrouwelijke muggen doof waren - dat ze helemaal geen aandacht schonken aan geluid, " zegt Harrington.

Maar in 2009 stelde Harrington die al lang bestaande veronderstelling op de proef. In een ongewoon en ingewikkeld experiment bonden zij en haar collega's een vrouwelijke Aedes aegypti- mug aan een haar, installeerden een microfoon in de buurt en plaatsten beide in een omgekeerde aquarium. Daarna lieten ze mannelijke muggen los in de tank en legden de resultaten vast.

De bevindingen van het team verbaasden Harrington en leidden tot een doorbraak in de studie van geluid en entomologie. Aedes aegypti dirigeerde een soort paringsdans die alles met geluid te maken had. Vrouwelijke muggen reageerden niet alleen op de geluiden van mannen, ze leken ook te communiceren met eigen geluiden. "We ontdekten dat mannen en vrouwen eigenlijk voor elkaar zingen", zegt Harrington. "Ze harmoniseren vlak voordat ze paren."

Dit 'paringslied' wordt niet geproduceerd door stembanden. Het wordt geproduceerd door fladderende vleugels. Tijdens de normale vlucht hebben mannelijke en vrouwelijke muggen iets andere vleugelslagen. Maar Harrington ontdekte dat mannen tijdens het paringsproces hun wingbeatfrequentie in lijn brachten met die van vrouwen.

"We denken dat het vrouwtje het mannetje test, " legt Harrington uit. “Hoe snel hij harmonisch kan convergeren.” Zo ja, dan kunnen muggensongs werken als auditieve pauwkenmerken. Ze lijken vrouwen te helpen bij het identificeren van de sterkste partners.

Met deze resultaten in gedachten, en met een recente subsidie ​​van de Bill & Melinda Gates Foundation, is het laboratorium van Harrington begonnen met de ontwikkeling van een nieuwe muggenval voor veldonderzoek. Soortgelijke projecten zijn onder meer uitgevoerd door teams van James Cook University in Australië en Columbia University in New York City.

Voor een onderzoeker zijn er nadelen aan de muggenvallen die momenteel bestaan. Chemische vallen moeten worden bijgevuld, terwijl elektrische vallen de neiging hebben muggen te doden; Harrington wil dat haar nieuwe val de kracht van geluid gebruikt om levende exemplaren te vangen voor monitoring en studie. Het zou gevestigde methoden voor het aantrekken van muggen, zoals chemicaliën en bloed, combineren met opgenomen muggeluiden om het paringslied na te bootsen. Belangrijk is dat het kan worden gebruikt om muggen van beide geslachten te vangen.

Historisch gezien hebben wetenschappers zich gericht op het vangen van vrouwelijke muggen, die twee keer per dag op jacht gaan naar zoogdieren om te bijten - en die mogelijk de malariaparasiet dragen (mannetjes niet). Maar wetenschappers zijn recentelijk ook mannelijke muggen gaan beschouwen als een belangrijk onderdeel van de bestrijding van malaria. Een van de huidige voorstellen om de ziekte te beteugelen, is bijvoorbeeld het vrijgeven van genetisch gemodificeerde mannen die onvruchtbare nakomelingen produceren, om de populatie van ziektetransporterende muggen in een bepaald gebied te verminderen.

De hoop van Harrington is dat een akoestische val - met behulp van het paringslied dat mannen aantrekt - nieuwe strategieën zoals deze mogelijk zou maken. "Wat we proberen te doen is echt buiten de kaders denken en nieuwe en nieuwe manieren identificeren om deze muggen te bestrijden, " zegt ze.

*

Met de laatste laser eindelijk op zijn plaats, zet Brydegaard een schakelaar om. Plots verschijnt er op het laptopscherm naast het statief een kleine witte stip. Iedereen zucht opgelucht: de laser werkt.

Het team - bestaande uit Brydegaard, Jansson, Malmqvist en Rasmussen - bracht de laatste 15 minuten daglicht door om de straal in beeld te brengen. Afgezien van enkele lokale kinderen, die " mzungu " roepen - Swahili voor een lichte buitenlander - lijkt niemand zich vooral te storen aan de Europeanen die aan telescopen sleutelen.

Zonsondergang werpt een mooi, zacht licht over het moerassige landschap rond Lupiro, maar markeert ook het begin van malaria-overdracht. Terwijl de duisternis begint te vallen op de hut waar het lidarsysteem is opgezet, lopen dorpelingen de velden in; pijlers van rook stijgen van het koken van branden. Lokale bewoners hier vertrouwen op rijst voor hun levensonderhoud: het hoofdgerecht wordt geserveerd met twee maaltijden per dag, en langs de stoffige hoofdweg stapelt rijstkaf zich op als bladeren in de herfst. Maar rijstvelden vereisen stilstaand water en stilstaand water bevordert malariamuggen. Insecten zoemen al rond onze benen.

Nu die avond om ons heen is geregeld, is het lidarsysteem eindelijk begonnen met het opnemen van een stortvloed aan gegevens. Het team zit in het donker rond de hut; een benzinegenerator bromt naar buiten en voedt de laser en de computer. Op het laptopscherm toont een scherpe rode lijn pieken en dalen. Elke, zegt Brydegaard, vertegenwoordigt een echo van de balk. Rond de schemering kunnen elke minuut tientallen of honderden insecten de straal passeren. We kijken naar de periode die entomologen 'spitsuur' noemen - de golf van activiteit die begint wanneer vrouwelijke muggen het dorp binnenzwermen en op zoek gaan naar voedsel.

Nicodemus Govella, een medische entomoloog aan het prestigieuze Ifakara Health Institute in Tanzania - een lokale partner van FaunaPhotonics - heeft de avondmug honderden, zelfs duizenden keren zien opjagen. Hij weet hoe het voelt om te rillen en over te geven terwijl de malariaparasiet zich vasthoudt; hij heeft de symptomen keer op keer ervaren. "Tijdens mijn jeugd kan ik niet tellen hoe vaak, " vertelt hij me.

Als Tanzaniaanse epidemiologen een oorlog tegen malaria voeren, werkt het Ifakara Health Institute als een ministerie van intelligentie - het volgt de dichtheid, distributie en timing van beten door malariamuggen. Traditioneel, zegt Govella, was de 'gouden standaard' van muggenbewaking een methode die vangst door mensen wordt genoemd. Het is low-tech maar betrouwbaar: een vrijwilliger krijgt medicatie om de overdracht van malaria te voorkomen en zit dan met blote benen buiten en laat muggen landen en bijten.

Het probleem is dat bescherming tegen malaria niet langer voldoende is. Te veel andere ziekten, van knokkelkoorts tot Zika, worden ook verspreid door muggen. Als gevolg hiervan wordt vangst bij aanvoer van mensen nu algemeen als onethisch beschouwd. "Het geeft je informatie, maar het is zeer riskant", zegt Govella. "Andere landen hebben het al verboden." Terwijl gezondheidsambtenaren oude strategieën voor malariabewaking en -bestrijding afschaffen, krijgt het werk aan experimentele technieken nieuwe urgentie - dat is waar de lasers binnenkomen.

In delen van Tanzania, mede dankzij bednetten en pesticiden, is malaria "enorm gedaald", vertelt Govella. Maar de uitroeiing van de ziekte is ongrijpbaar gebleken. Sommige muggen hebben resistentie ontwikkeld tegen pesticiden. Evenzo hebben bednetten geholpen de nachtelijke overdracht onder controle te krijgen - maar muggen hebben hun gedrag aangepast en beginnen te bijten in de schemering en het ochtendgloren, wanneer mensen niet worden beschermd.

In 2008 liep Govella's dochter malaria op. Terugdenkend verandert de manier van Govella; zijn precieze medische taal maakt plaats voor een stille passie. "Ik wil het me niet eens herinneren", zegt hij. "Als ik bij die herinnering aankom, geeft het me echt heel veel pijn."

In een vroeg stadium kan malaria op verkoudheid lijken - daarom is het zo belangrijk dat wetenschappers de middelen hebben om de verspreiding van de parasiet en de muggen die het dragen te volgen: om een ​​verkeerde diagnose te voorkomen. In het geval van zijn dochter was het gebrek aan informatie tragisch. "Omdat het niet snel werd ontdekt, ging het verder naar het niveau van convulsies, " zegt Govella. Zijn dochter stierf uiteindelijk aan complicaties van malaria. Sindsdien heeft hij bijna elke dag aan uitroeiing gedacht.

"Ik haat deze ziekte, " zegt Govella.

*

Het voortbestaan ​​van malaria heeft generaties wetenschappers gefrustreerd. Meer dan een eeuw na de ontdekking van de parasiet treft het nog steeds honderden miljoenen mensen per jaar, van wie een half miljoen sterven. Harrington heeft haar eigen herinneringen aan de verwoesting die de ziekte heeft veroorzaakt: in 1998 reisde ze naar Thailand voor een reeks experimenten en liep zelf malaria op. "Ik was de enige buitenlander in de wijde omtrek", zegt ze. Toen de koorts begon, begon Harrington de echte last van de ziekte die ze bestudeerde te begrijpen.

"Ik zou mezelf kunnen voorstellen als een Thaise dorpeling met die ziekten, " vertelt ze me. Ze was ver van het dichtstbijzijnde ziekenhuis en voelde zich alleen. "Ik had het gevoel dat, als ik stierf, mensen er misschien niet achter zouden komen." Uiteindelijk vond iemand haar en zette haar achter in een pick-up. Ze herinnert zich dat ze in delirium zakte en naar een ventilator staarde die eindeloos aan het plafond draaide. "Ik zag een verpleegster met een spuit vol paarse vloeistof, " herinnert ze zich. Het deed haar denken aan toen ze jaren geleden in een dierenkliniek werkte die paarse injecties gebruikte om zieke dieren te euthanasie. "Ik dacht dat dat het einde was."

Eindelijk brak de koorts en wist Harrington dat ze zou overleven. "Ik voelde me ongelooflijk dankbaar voor mijn leven", zegt ze. De ervaring maakte haar nog meer betrokken bij haar onderzoek. "Ik voelde dat ik de mogelijkheid had om mijn carrière te wijden aan iets dat uiteindelijk andere mensen zou kunnen helpen."

Malaria biedt een levendig voorbeeld van hoe insecten de menselijke gezondheid bedreigen - maar er zijn veel andere manieren waarop ze schade kunnen aanrichten. Insecten verspreiden ook andere microbiële ziekten. Dan is er het effect dat ze hebben op de landbouw. Volgens de Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties vernietigen insectenplagen een vijfde van de wereldwijde oogst. Met andere woorden, als de boeren in de wereld betere manieren hadden om soorten zoals sprinkhanen en kevers te bestrijden, zouden ze miljoenen meer mensen kunnen voeden.

Pesticiden verminderen de schade die insecten veroorzaken, maar bij willekeurig gebruik kunnen ze ook mensen schaden of de insecten doden waarop we vertrouwen. We blijven sterk afhankelijk van bestuivers zoals bijen, motten en vlinders, maar een rapport uit 2016 liet zien dat 40 procent van de ongewervelde bestuiversoorten met uitsterven wordt bedreigd. Het is vanwege deze liefde-haat relatie met insecten dat we dringend betere manieren nodig hebben om verschillende soorten te volgen - betere manieren om onderscheid te maken tussen de insecten die ons helpen en de insecten die ons pijn doen.

*

Op de dag van de zonsverduistering, net voor de middag, in de blauwe lucht boven Lupiro passeert de zwarte schijf van de maan voor de zon. Een groep kinderen heeft zich verzameld; ze houden kleine plaatjes lasglas in handen die de Scandinavische wetenschappers met zich meebrachten. Door door het groen getinte glas te turen, kunnen de kinderen de versmalling van de zon zien.

Het dorp om ons heen is zwak geworden; onze schaduwen zijn minder duidelijk geworden. Afgaande op het licht, voelt het alsof er een plotselinge storm is begonnen of iemand een dimmer is geworden waardoor de zon zwak is geworden. De wetenschappers uit Zweden, samen met hun partners van het Ifakara Health Institute en FaunaPhotonics, willen weten of insecten in het schemerige licht van een eclips actiever worden, net zoals in de schemering.

Op het scherm kijken we naar de rode pieken, die weer zijn opgepikt - niet zoveel als we bij zonsondergang en zonsopgang zagen, maar meer dan normaal. Er is een eenvoudige reden waarom deze gegevens ertoe doen: als de muggen actiever zijn tijdens een zonsverduistering, betekent dit dat ze licht gebruiken als een teken, wetend wanneer ze elke ochtend en avond moeten zwermen door de schemering van de rijzende en ondergaande zon.

Terwijl de gegevens binnenstromen, vertellen de wetenschappers me waar we naar kijken. Lidar werd oorspronkelijk ontwikkeld om veel grotere fenomenen te bestuderen, zoals veranderingen in atmosferische chemie. Dit systeem is tot een absoluut minimum vereenvoudigd.

Elk van de drie telescopen op het statief heeft een afzonderlijke functie. De eerste richt de uitgaande laser op een boom op ongeveer een halve kilometer afstand. Genageld aan de boomstam is een zwart bord, waar de balk eindigt. (Om een ​​pad voor de laser vrij te maken, moest Jansson, de promovendus, een pad door het kreupelhout knippen met een machete.)

Wanneer insecten door de laserstraal vliegen, stuiteren reflecties terug op het apparaat vanuit hun kloppende vleugels en worden ze opgepikt door de tweede telescoop. Met de derde telescoop kan het team het systeem richten en kalibreren; het hele apparaat is verbonden met een laptop die de gegevens verzamelt. De rode pieken die over het scherm dansen, vertegenwoordigen insecten die de laserstraal kruisen.

Om de reflecties op te nemen, die Brydegaard de "atmosferische echo" noemt, maakt het lidarsysteem 4.000 snapshots per seconde. Later zal het team een ​​algoritme gebruiken om door de snapshots voor wingbeat-frequentie te kammen - de vingerafdruk van elke soort.

Met andere woorden, dit apparaat bereikt met optica wat Olavi Sotavalta met zijn oren heeft bereikt en wat Harrington heeft bereikt met behulp van een microfoon.

Maar er zijn enkele details in de lidar-gegevens die het menselijk oor nooit zou kunnen onderscheiden. De frequentie van de vleugelslag van een insect gaat bijvoorbeeld gepaard met hogere harmonischen. (Harmonischen zijn rijk aan het geluid van een viool; ze zijn verantwoordelijk voor de resonantiering geproduceerd door een gedempte gitaarsnaar.) Het lidarsysteem kan harmonische frequenties opvangen die te hoog zijn voor het menselijk oor om te horen. Bovendien zijn laserstralen gepolariseerd en wanneer ze reflecteren op verschillende oppervlakken, verandert hun polarisatie. De hoeveelheid verandering kan Brydegaard en zijn collega's vertellen of de vleugel van een insect glanzend of mat is, wat ook handig is bij het proberen om verschillende soorten te onderscheiden.

Terwijl de donkere schijf van de zon weer helderder wordt, maken de wetenschappers foto's en proberen ze zonder veel succes uit te leggen hoe de lasers werken voor lokale kinderen. Nu de gegevens stromen, is de spanning die gepaard ging met de opstelling van het lidarsysteem eenvoudig weggesmolten.

Het lijkt eindelijk duidelijk dat het hoge prijskaartje van het experiment niet tevergeefs zal zijn. Het team gaf ongeveer $ 12.000 uit aan het lidarsysteem, exclusief de even forse kosten van transport en arbeid. "Dat klinkt als veel, staande in een Afrikaans dorp, " geeft Brydegaard toe. Aan de andere kant kunnen oudere vormen van lidar, gebruikt om de atmosfeer te bestuderen, honderdduizenden dollars kosten. De last van malaria zou ondertussen in miljarden dollars worden berekend - als het al kon worden berekend.

Binnen een paar uur brandt de heldere ronde cirkel van de zon opnieuw helder. Een paar uur daarna begon het te zetten.

We passen opnieuw insectenspray toe om de muggen af ​​te weren die opnieuw vanuit de moerassige velden rond Lupiro komen vliegen. Daarna lopen we de stad in voor het diner, dat zoals gewoonlijk rijst omvat.

*

Drie maanden na het experiment belde ik FaunaPhotonics om te horen hoe hun analyse vorderde. Nadat zoveel lasers hadden gefaald, wilde ik weten of de laatste hen de resultaten had gegeven die ze nodig hadden.

De gegevens waren rommelig, zeiden ze. "Rond de kooktijd is er veel rook en stof in de lucht, " zei Jord Prangsma, een ingenieur die verantwoordelijk is voor het analyseren van de gegevens die het team terugbracht. Hij voegde eraan toe dat de gegevens duidelijke wingbeats leken te tonen. Maar het is één ding om die beats in een grafiek te herkennen. 'Om een ​​computer te vertellen:' Vind me de juiste frequentie ', is iets anders, ' zei hij. In tegenstelling tot Sotavalta, die individuen had bestudeerd, had het team in Tanzania gegevens verzameld van vele duizenden insecten. Ze probeerden al die kloppende vleugels tegelijk te analyseren.

Maar de obstakels waren niet onoverkomelijk. "We zien een hogere activiteit rond het middaguur", zei Samuel Jansson over de gegevens van de eclips. Dit suggereert dat muggen inderdaad licht gebruikten als een signaal om tijdens de spits naar voedsel te gaan zoeken. Prangsma voegde eraan toe dat een door hem ontwikkeld algoritme de cruciale gegevens begon te scheiden. "Vanuit wetenschappelijk oogpunt is dit een zeer rijke dataset, " zei hij.

In de maanden die volgden, bleef FaunaPhotonics vooruitgang boeken. "Ondanks de eerste laserproblemen, " schreef Brydegaard in een recente e-mail, "de systemen presteerden naar tevredenheid van al onze verwachtingen."

Elke dag dat het systeem in werking was, zei hij, hadden ze maar liefst 100.000 observaties van insecten geregistreerd. "Er zijn aanwijzingen dat we verschillende soorten en geslachtsklassen van insecten kunnen onderscheiden, " ging Brydegaard verder.

Samen met zijn Lund University-collega's publiceert Brydegaard de resultaten; FaunaPhotonics zal als zijn commerciële partner hun lidar-apparaat, samen met hun analytische expertise, aanbieden aan bedrijven en onderzoeksorganisaties die insecten in het veld willen volgen. "Als we een klant hebben die geïnteresseerd is in een bepaalde soort, dan zullen we het algoritme een beetje aanpassen om de soort te targeten, " legde Prangsma uit. “Elke dataset is uniek en moet op een eigen manier worden aangepakt.” Onlangs begon FaunaPhotonics een driejarige samenwerking met Bayer om zijn technologie verder te ontwikkelen.

De studie van wingbeat heeft een ongelooflijke lange weg afgelegd sinds Olavi Sotavalta zijn absolute toonhoogte gebruikte om insecten te identificeren - en toch verschilt het werk van de Scandinavische wetenschappers in sommige opzichten heel weinig van dat van de Finse entomoloog. Net als Sotavalta brengen ze afzonderlijke disciplines samen - in dit geval natuurkunde en biologie, lidar en entomologie - om patronen in de natuur te ontdekken. Maar ze hebben nog genoeg werk te doen. FaunaPhotonics en zijn partners zullen in een aanstaande paper beginnen met het proberen de punten tussen licht, lasers en muggen te verbinden. Vervolgens zullen ze proberen aan te tonen dat de studie van de frequentie van de vleugelslag mensen kan helpen andere ziekten dan malaria te bestrijden, evenals insecten die gewassen vernietigen.

"Dit is een reis die niet een paar maanden duurt, " zei Rasmussen, de ingenieur. "Dit is een reis die nog jaren zal duren."

Dit artikel werd voor het eerst gepubliceerd door Wellcome on Mosaic en wordt hier opnieuw gepubliceerd onder een Creative Commons-licentie.