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蚊子寻找目标时有选择性 一般有三种要素决定

2020 / 09 / 25环球科学
Tags 蚊子

根据近些年来的研究综合数据,蚊子寻找目标时的确有选择性,一般有三种要素决定了蚊子的目标:体温、二氧化碳和体味,而代谢率和皮肤表面的细菌似乎在其中起着重要作用。为了让蚊子去咬朋友而不咬自己,你或许可以从文中这些方面下手……

当你和周围一群人处在一起,蚊子却唯独喜欢围着你叮,你是不是也有很多疑惑:为什么蚊子只叮我?除了你想弄清楚这个问题,科学家也对此很感兴趣。至今已经有数十年的各类研究试图弄清楚蚊子喜好的机制,根据澳大利亚麦格理大昆虫学家Matthew Bulbert的观点,蚊子寻找宿主的关键影响因素是二氧化碳(CO2)、体温和体味。也许并不出人意料,我们的老朋友微观细菌似乎也在其中起着重要作用。而这些因素也在共同决定蚊子的宿主选择,可以说缺一不可。

体温和二氧化碳

首先来说,当蚊子靠近目标时,它们所具有的热探测器就能为它们提供非常多的线索。比如,在埃及伊蚊触角尖端的圆锥形感觉神经中,有一对热敏感神经元,其中一个感应升温,另一个感应降温,这两个感受器的整合信号能使蚊子对温度变化和宿主的体温线索做出响应。

由于背景环境温度的影响,蚊子还需要一套感应热对比度的机制。目前一些研究结果已经发现,TRPA1受体使蚊子能够避免选择温度高于宿主体温的物体。至于是什么感受器使蚊子能检测到有吸引力的热信号,则仍有待进一步研究。

简单来说,自然而温暖的人体温度会让蚊子感到“恰到好处”,太冷或太热的肌肤都不是它们理想的着陆点。因此,处于温暖环境下,体温正常的人都有可能成为目标。

图片来源:“Genetic Analysis of Mosquito Detection of Humans。” Current opinion in insect science vol。 20 (2017): 34-38。

在热感受器发挥作用时,蚊子的嗅觉受体也在协同工作。许多不同种类的蚊子都拥有细腻的嗅觉,能够嗅出并追踪到50米开外的CO2,而雌性埃及伊蚊正是利用这一线索来寻找温血动物的。人类每次呼吸会呼出十倍于背景水平浓度的CO2,这给蚊子的搜寻工作带来很大的便利。伊蚊能使用一种由化学感应受体蛋白Gr1、Gr2和Gr3组成的味觉受体复合物来检测并响应CO2。

因此,释放出更多CO2的人更有可能被附近的蚊子盯上。静息状态代谢较高的人,以及在运动中呼吸困过盛的人,会呼出更多的CO2。单凭这个标准,就能首先筛选出一部分更容易被蚊子盯上的对象,比如男性、身材丰满的人和孕妇。尽管如此,大多数动物都会释放浓度高的CO2,单靠CO2还不足以让蚊子区分人类与其他动物。

关键的体味

除了上面两点比较宽泛的选项,蚊子选人的重要因素当属人体的气味了,因为蚊子明显会更喜欢朝着特定的气味飞行,比如,按蚊喜欢林堡芝士的臭味,它们正是那群爱好叮咬足部和脚踝的蚊子。这种芝士的臭味非常有特点,它独特的味道是由亚麻短杆菌产生的,而这种细菌也是造成脚臭的元凶之一。这似乎能解释为什么这些蚊子喜欢往脚上叮了。

图片来源:James Gathany / Flickr

为了感知不同的气味,昆虫已进化了传统型嗅觉受体(ORs),离子型受体(IRs)等化学感受器来适应环境。一方面,蚊子的ORs与嗅觉共同受体Orco共同作用来响应人体皮肤上的一些气味物质,比如乙酸盐、乙醇和酮。另一方面,IRs主要对酸和胺反应,能使蚊子更积极地寻找、叮咬宿主。

IR感受器族除了可以充当化学感受器来检测气味和味觉物质,还能作为热感受器或湿感受器。其中,有20种气味可以激活伊蚊触角中的IRs表达,每种气味都至少需要一个IR共受体(Ir8a、Ir25a或Ir76b)才能起作用。

在种种气味之中,蚊子尤其嗜酸。人体皮肤较其他动物具有更多的乳酸,这种人类汗液中的活性成分,可能就是蚊子区别其他动物,锁定人类目标的特异性线索。实际上,乳酸和CO2单独存在时,二者对伊蚊的吸引力都不够高,而两种物质的混合物对伊蚊则颇具吸引力,而伊蚊会通过Ir8a通路来引导这种吸引力。

一项实验显示,在存在的情况下,人类的气味在短短8分钟内就吸引了平均约75%的野生蚊子和Orco突变蚊子(缺乏Orco受体),但是只有约50%的Ir8a突变体(缺乏Ir8a受体)被吸引。由此可见,Ir8a和表达Ir8a的受体神经元在蚊子探测人类体味中具有更重要的作用。

图片来源:Potter CJ。 Olfaction: Mosquitoes Love Your Acid Odors。 Current Biology。 2019 Apr 22; 29(8):R282-R284。 doi: 10.1016/j.cub.2019.03.010。 PMID: 31014485。

此外,不论是Gr3单突变体(缺乏Gr3受体)还是Gr3/Ir8a双突变体(缺乏Gr3和Ir8a受体),被吸引的蚊子数量相当,这表明由Orco和Ir8a介导的气味吸引,还需要来激活Gr1 / Gr2 / Gr3复合物。与先前Ir8a单突变体有50%被吸引的结果相比,失去CO2激活使得蚊子探测乳酸的Ir8a通路有所减弱,这意味着CO2激活能使乳酸等人类体味对蚊子的吸引力增强。于是在CO2和乳酸的互相作用下,蚊子终于可以选择在何处落脚了。

细菌决定气味

那么,这些吸引蚊子的气味又是从何而来?

事实上,人体产生的诸多挥发性化合物均可追溯至人体内大量存在的微生物。芽孢杆菌属(Bacillus spp。)、短杆菌属(Brevibacterium spp。)、棒状杆菌属(Corynebacteria spp。)和葡萄球菌属(Staphylococcus spp。)等细菌都能产生会招惹蚊子的挥发性物质。

荷兰瓦格宁根大学的一项研究提出,蚊子寻找宿主的过程体现着一种三方营养关系:人类与其微生物群落之间存在共同进化机制,实现了和谐共处,而蚊子恰好能从这种共生关系中受益。Bulbert甚至认为,蚊子可能会探测到人体所有的细菌活动。

目前主流的观点指出,皮肤表面的细菌多样性高低也能指示健康的程度,细菌更多样可以阻碍有害菌在皮肤表面滋生。而这同样也可以解释为什么某些人更容易招蚊子:细菌多样性程度越高,可以减少散发吸引蚊子的产物,也会让自己在蚊子眼里没那么“迷人”。

总而言之,蚊子通过综合线索来探测宿主目标。在远处,它们先探测人呼出的二氧化碳;靠近时,它们会感觉到人们散发的气味和热量;降落后,它们利用腿部和嘴部的味觉感受器来“品尝”皮肤的不同部分。

被蚊子“盯”上后是否会被“叮”,也依次取决于人体的热量、CO2释放量和气味。

《当代生物学》
的一项研究曾设计了一次人造供血实验,当这三种线索均存在时,约有75%的伊蚊会吸血;仅除去人的体味,吸血的伊蚊数量下降到25%;仅去除二氧化碳,则只有15%的蚊子会选择吸血;若血液处于室温,则没有蚊子吸血。

而对于那些Ir8a发生了突变的蚊子,即使三种条件均满足,也只有25%会吸血,与没有体味的情况相当,这说明Ir8a活性可能是蚊子在吸血时检测人类气味的主要作用因素。

真正的驱蚊术

蚊子叮人不但会让皮肤难受,有些蚊子甚至还会在叮咬过程传播致命疾病,因此严肃对待蚊子的叮咬十分重要。PeerJ上的一项调查曾提出了167种不同的驱蚊方法,包括吃大蒜、不饮酒、不吃香蕉、使用局部驱虫剂(甚至包括浸泡在酒精中的烟头)、燃烧动物粪便、喝杜松子酒和补品、喷洒柴油和一种清洁剂。通过口服或皮肤贴片的方式摄入维生素B也是一种比较流行的驱蚊方法,但美国蚊虫控制协会已经通过研究表明这种方法并没有作用。

况且,这些研究均未考虑蚊子的多样性。目前,已经有记录的蚊子就约有3500多种蚊子,不同品种的蚊子有其自身的特质偏好,这种偏好可能关乎它们的生存。而只研究应对其中一种蚊子的方法很明显不具备普适性。

正如Bulbert所说,如果将人体视为如同树一般的生态位,那么有些动物喜欢树干,有些喜欢冠层,有些则喜欢根,因为选择不同的区域会减少物种之间的竞争,蚊子大概也是这种情况。身体的不同区域可能具有不同的皮肤微生物群,不同种类的蚊子能够区分这些不同的微生物群。

在此,我们根据上述的吸蚊法则,向广大总是深受蚊子青睐的受害者提出几项驱蚊招数,建议综合使用以达到更佳效果。

1。 掩盖体味法:通常,局部使用精油或其他芳香物质可能会掩盖掉气味或减少人体分泌物,但其作用有限。香茅油有效,但蜡烛似乎非但不能驱赶蚊子,甚至可能引诱蚊子。已经研究充分的驱虫剂(如DEET)也是不错的选择。

2。 高速气流法:尽管蚊子是飞行健将,但它们不能在风中自如飞行,所以风扇可能会起到一定的威慑作用,让蚊子不敢靠近。

3。 包裹遮蔽法:事实上,最好的方法就是在蚊子活动最活跃的时段(如黄昏)或者蚊子特别多的地方(如湿地)把你自己包裹严实。

4。 不正经法:包括昆虫、鸟类、蝙蝠、蜥蜴、两栖动物和鱼类在内的许多动物都吃蚊子,因此你可以创造性地开辟一片水池,养些青蛙来驱蚊。但要注意,静止的水是蚊子繁殖幼虫之处,因此水景设施中的水都应是流动的。