改写认知，原来蚊子是这样盯上你的！《自然》首次发现蚊子可以红外识人

学术 2024-08-24 08:20 上海

▎药明康德内容团队编辑

蚊子的叮咬不仅让我们痒得难受，在很多地区，它们还可能带来致命的威胁。全球每年有数亿人染上蚊媒疾病，其中埃及伊蚊是导致登革热、黄热病和寨卡病毒的主要传播媒介；而冈比亚按蚊传播导致的疟疾每年会造成超过 40 万人死亡。这些不起眼的“最致命动物”，到底是怎样找到我们的？

图片来源：123RF

对于这个问题，流传度最高的答案应该是二氧化碳了——蚊子能依靠我们呼出的二氧化碳进行定位，而且产生的二氧化碳浓度高，似乎也更容易招蚊子。

这个答案没有错，但也只是完整答案的一小部分。以吸血的雌性埃及伊蚊为例，科学家们发现它们会整合来自人类的一系列信号来找到我们，除了前面提到的二氧化碳，还有皮肤释放的多种有机气味分子、蚊子的视觉等；除了这些可以远距离感受到的线索，它们在靠近我们时，还能检测到皮肤的水蒸气和热对流来准确定位。

可以说，每一种感知方式都有贡献，但单独拿出来却也不够用。例如，蚊子有视力但视力不佳；它们可以追踪二氧化碳和有机分子等化学信号，但有强风或者人类在快速移动而产生气流扰动时，其追踪能力也会受影响。只有综合这些不同线索，雌蚊才能在各种环境下准确地“亲”我们一嘴。

如果你觉得蚊子的寻人系统已经足够复杂了，那我只能说，还有高手！在一篇新上线的《自然》论文中，红外探测也加入了埃及伊蚊的感知工具“全家桶”。研究发现，蚊子可以在最远70厘米外通过红外辐射感知到宿主。有红外辐射存在时，它们寻找宿主的行为得到成倍的增强！研究团队发现了这种红外探测工具的位置与作用机制，为控制蚊媒疾病的传播提供了新的可能性。

寻找全新感知方式的线索，来自中学物理知识。我们知道，热能通过热传导、热对流、辐射这3种途径来传递。前面提到，蚊子可以通过热对流感知到我们，但是热对流的范围有限，因此只能用于10厘米以内的近距离辨位；而热传导需要接触才能实现，因此对于飞行中的蚊子没有意义。

那么，蚊子是否能通过感知热辐射，在更远的距离检测到体表温度、帮助识别人类呢？要知道在自然界，已被人类证实能通过红外辐射导航或寻找猎物的动物还不多，我们最熟悉的应该是响尾蛇，此外还有蜱虫和一些甲虫。而在目前的认知中，蚊子是做不到的。

但在加州大学圣芭芭拉分校的Craig Montell教授看来，此前的研究仅能证明红外辐射单独存在时无法刺激到蚊子；但是，如果红外辐射与其他感觉系统共存，情况还会一样吗？

▲已知的蚊子感知宿主手段，以及热量传递方式示意（图片来源：参考资料[1]）

带着这样的疑问，Montell教授带领团队设计了实验。他们将雌性埃及伊蚊关在笼子里，并分别在两个区域监测寻找宿主的活动。这两个区域有着相同的人类气味分子与二氧化碳，但区别在于——只有一处暴露在与皮肤温度相同（34℃）的源发出的红外线中。

结果，就是这一项变量，使得蚊子寻找宿主的活动增强了一倍。因此，在二氧化碳、人类气味等线索存在的情况下，这些蚊子将红外辐射用作一种全新的感知线索，并且在距离70厘米左右时依然有效。在近距离的水蒸气、热对流，以及远程的二氧化碳、有机分子嗅觉和视觉之外，研究首次发现蚊子拥有中距离的红外辐射感知。

证实了这一点后，下一步自然是解释蚊子是如何感知红外辐射的。

科学家们已经知道，蚊子感知热量的秘诀在于触角。它们的触角末端神经元会表达温度敏感蛋白，其中TRPA1离子通道可以让蚊子避免被温度过高的物体伤害。

在新实验中，研究团队首先去除了部分蚊子的触角末端，这使得它们失去了红外探测的能力。而对于trpA1（TRPA1的编码基因）突变、丧失功能的蚊子，它们也无法探测到红外辐射。

这些实验结果证实了激活TRPA1蛋白是埃及伊蚊感知红外辐射必不可少的条件。从结构上看，它们的触角感受器末端有形似钉子的结构，这种结构适合感应辐射，用于激活TRPA1。

不过，这还不是故事的全部。这个过程适用于较近的距离（例如30厘米开外），但在70厘米附近时，感受器收集的红外辐射就不足以激活TRPA1了。

▲研究发现Op1和Op2与TRPA1在相同的触角神经元中表达（图片来源：参考资料[1]）

这时，另一类更为敏感的温度受体出现了。研究团队发现，视紫红质家族的几种蛋白对温度的轻微升高非常敏感。进一步的研究发现，在蚊子的视紫红质家族中，Op1和Op2与TRPA1在相同的触角神经元中表达。在红外辐射距离较远（大约70厘米）时，Op1和Op2可以被较弱的红外辐射激活，然后间接激活TRPA1。

由此，这项研究揭示了埃及伊蚊拥有一套基于红外辐射的全新手段来感知宿主。研究团队在新闻稿中也指出，基于这一发现有望改进防蚊策略。例如，结合与皮肤温度相近的红外线可以设计更有效的捕蚊器。而宽松的衣服有助于减少蚊子叮咬，部分原因也可能是其减少了红外辐射。此外，虽然目前作者仅研究了埃及伊蚊，但由于按蚊同样受热红外吸引，研究团队推测这一策略可能被吸血蚊子普遍采用。

▲相比于不穿或穿着贴身的衣服，宽松的衣服能减少红外辐射（图片来源：DeBeaubien and Chandel et al.）

参考资料：

[1] Chandel, A., DeBeaubien, N.A., Ganguly, A. et al. Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5

[2] Mosquitoes sense infrared from body heat to help track humans down. Retrieved Aug. 22, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1055464

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