Abstract Anopheles mosquitoes mate at sunset in aerial swarms. The development of mating-based methods for effective malaria vector control requires a good knowledge of the flight behaviour of Anopheles species in mating swarms. However, the process of how swarms are formed and maintained remains poorly understood. Here, we characterized the three-dimensional spatial and temporal flight kinematics of Anopheles coluzzii males swarming above a ground marker. We observed that the location, shape and volume of swarms were highly stereotypic, consistent over the swarming duration, regardless of the number of individuals in the swarm. The swarm had an elliptical cone shape, and we observed a differential spatial distribution of flight kinematics parameters within the swarm volume. Among these parameters, only swarm density varied with swarm size. Using a sensory system-informed model, we show that swarm location and shape can accurately be modelled based on visual perception of the marker. To control swarm height, swarming individuals maintain an optical angle of the marker ranging from 24° to 55°. Limiting the viewing angle deviation to 4.5% of the maximum value results in the observed elliptical cone swarm shape. We discuss the implications of these finding in mating success, speciation and for vector control.

Abstract Given the unsurpassed sound-sensitivity of mosquitoes among arthropods and the sound-source power required for long-range hearing, we investigated the distance over which female mosquitoes detect species-specific cues in the sound of station-keeping mating swarms. A common misunderstanding, that mosquitoes cannot hear at long-range because their hearing organs are ‘particle-velocity’ receptors, has clouded the fact that particle-velocity is an intrinsic component of sound whatever the distance to the sound source. We exposed free-flying Anopheles coluzzii females to pre-recorded sounds of male An. coluzzii and An. gambiae s.s. swarms over a range of natural sound-levels. Sound-levels tested were related to equivalent distances between the female and the swarm for a given number of males, enabling us to infer distances over which females might hear large male-swarms. We show that females do not respond to swarm sound up to 48 dB SPL and that louder SPLs are not ecologically relevant for a swarm. Considering that swarms are the only mosquito sound-source that would be loud enough to be heard at long-range, we conclude that inter-mosquito acoustic communication is restricted to close-range pair interactions. We also showed that the sensitivity to sound in free-flying males is much enhanced compared to that of tethered ones.

Mosquito behavioral assays are an important component in vector research and control tool development. Here, we present a protocol for rearing Anopheles mosquitoes, performing host-seeking behavioral bioassays, and collecting 3D flight tracks in a large wind tunnel. We describe steps for setting up host-seeking landing assays, both as a non-choice and as a dual-choice assay, and analyzing flight tracks. This protocol can be applied in the research of several behavioral traits, including nectar seeking, resting, mating, and oviposition behavior. For complete details on the use and execution of this protocol, please refer to Carnaghi et al.

Abstract Mosquitoes of many species mate in station-keeping swarms. Mating chases ensue as soon as a male detects the flight tones of a female with his auditory organs. Previous studies of hearing thresholds have mainly used electrophysiological methods that prevent the mosquito from flying naturally. The main aim of this study was to quantify behaviourally the sound-level threshold at which males can hear females. Free-flying male Anopheles coluzzii were released in a large arena (~2 m high × 2 m × 1 m) with a conspicuous object on the ground that stimulates swarming behaviour. Males were exposed to a range of natural and synthetic played-back sounds of female flight. We monitored the responses of males and their distance to the speaker by recording changes in their wingbeat frequency and angular speed. We show that the mean male behavioural threshold of particle-velocity hearing lies between 13-20 dB SVL (95%-CI). A conservative estimate of 20 dB SVL (i.e., < 0.5 μm/s particle velocity) is already 12 to 26 dB lower than most of the published electrophysiological measurements from the Johnston’s organ. In addition, we suggest that 1) the first harmonic of female flight-sound is sufficient for males to detect her presence, 2) males respond with a greater amplitude to single-female sounds than to the sound of a group of females and 3) the response of males to the playback of the flight sound of a live female is the same as that of a recorded sound of constant frequency and amplitude.