尋找人類目標(biāo)

蚊子對人類健康具有不可忽視的影響。它們常被稱為是世界上最危險的動物，因為這些吸血昆蟲會傳播瘧疾、登革熱、西尼羅病毒、寨卡以及其他致命疾病，這些疾病每年能導(dǎo)致超過77萬人死亡。在已知的3500種蚊子中，大約有100種已經(jīng)進(jìn)化成嗜人性蚊種，也就是說，它們會優(yōu)先以人類為目標(biāo)。埃及伊蚊（Aedes aegypti）就是這樣一種嗜人性蚊種，其雌性埃及伊蚊會利用一整套線索來定位人類宿主。

過去，科學(xué)家已經(jīng)研究過某些線索如何吸引蚊子。他們的主要測試方法是在風(fēng)洞中搭建實驗，讓氣味分子和二氧化碳等化學(xué)線索隨氣流飄散，然后研究蚊子如何作出反應(yīng)。除了化學(xué)線索外，視覺刺激也能引導(dǎo)蚊子飛行到距離人類目標(biāo)數(shù)米的范圍內(nèi)。一旦與目標(biāo)直接接觸，皮膚氣味、熱量和濕度等線索就會幫助蚊子降落，并選擇一個位置刺探毛細(xì)血管。

盡管相關(guān)研究已經(jīng)持續(xù)了幾十年，但關(guān)于蚊子究竟是如何整合這些線索來定位目標(biāo)的，仍然沒有得到很好的理解。由于還無法預(yù)測蚊子的飛行行為，目前的捕蚊器等常用裝置在捕獲來襲蚊子方面的效率通常只有10%到50%。

現(xiàn)在，在一項新發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》的研究中，一個研究團(tuán)隊基于蚊子在不同感覺線索存在條件下飛行的實驗，建立了首個蚊子飛行的三維模型，識別出了蚊子在響應(yīng)感覺刺激時表現(xiàn)出的三種飛行模式。研究人員表示，這一新模型可以用來預(yù)測蚊子在受到其他線索影響時會如何飛行，例如熱量、濕度以及某些氣味等線索。這將有助于設(shè)計出更有效的誘捕器和蚊蟲防控策略。

三類實驗

在這項新的研究中，研究人員讓雌性埃及伊蚊在一個狹長、白色、略微傾斜的長方形房間內(nèi)飛行，房間周圍布置的攝像機記錄下每只蚊子飛行時的詳細(xì)三維軌跡。在房間中央，他們放置了一個物體，用來代表某種視覺或化學(xué)線索。

他們開展了三類實驗，包括自由飛行實驗、人體模擬實驗和真人實驗。在自由飛行試驗中，他們將100只蚊子釋放到一個空艙室中，讓它們飛行20分鐘。

在人體模擬實驗中，他們將直徑分別為0.10、0.20、0.30 和 0.41米的膨脹聚苯乙烯球體置于一個距離地面152厘米高的支架上，它們有的被涂成黑色，有的保持原本裸露的白色，作為人類目標(biāo)的模擬物。在房間白色背景的映襯下，蚊子能夠看到黑色的球。這可以測試視覺線索的影響。

為了研究二氧化碳的影響，他們設(shè)置了一個白球，讓一根管子從球體穿過，以與人類呼氣相近的速率釋放二氧化碳。這部分測試的是化學(xué)線索的影響。此外，他們還利用一個會釋放二氧化碳的黑球，來研究蚊子在同時面對視覺和化學(xué)線索時的反應(yīng)。

最后，他們觀察了蚊子在一名人類志愿者周圍的行為，該志愿者穿著一系列不同服裝，包括“日常服裝”（深色運動衫和牛仔褲）、一套一側(cè)為黑色另一側(cè)為白色的服裝，以及一套帶有黑色包裹層的白色服裝。

三種飛行模式

在20組實驗中，團(tuán)隊總共獲得了超過5300萬個數(shù)據(jù)點，以及超過477,220條蚊子飛行軌跡。研究人員基于這些測量結(jié)果建立了蚊子飛行行為模型。

他們提出了一大類動力學(xué)方程。起初，預(yù)測蚊子飛行路徑的方程非常復(fù)雜，包含很多項，其中也包括視覺線索與化學(xué)線索相對重要性的權(quán)重。接著，研究人員根據(jù)數(shù)據(jù)的不斷迭代，逐步降低方程的復(fù)雜度，直到得到那個仍然與數(shù)據(jù)吻合的最簡模型。最終，研究團(tuán)隊將模型精簡為一個簡單的形式，只要給定視覺線索、化學(xué)線索，或兩者同時存在的情況，它就能準(zhǔn)確預(yù)測蚊子會如何飛行。

研究人員發(fā)現(xiàn)，蚊子對單獨某一種線索作出的飛行反應(yīng)明顯不同。而有趣的是，當(dāng)兩種線索同時存在時，最終形成的飛行路徑并不是“疊加”的。換句話說，當(dāng)蚊子既能看見目標(biāo)、又能聞到目標(biāo)時，它并不會簡單地把分別看到和聞到目標(biāo)時的飛行路徑疊加起來。

具體來說，研究表明：

• 當(dāng)蚊子只能看到一個潛在目標(biāo)時，它們會采取一種“飛掠式”接近方式：迅速朝目標(biāo)俯沖過去；如果沒有探測到任何其他能夠確認(rèn)宿主存在的線索，就會再飛離開來。

• 當(dāng)蚊子看不見目標(biāo)、但能夠聞到諸如二氧化碳這樣的化學(xué)線索時，它們會采用一種“來回試探”的方式：放慢速度，在源頭附近來回穿梭，以便靠近目標(biāo)。

• 當(dāng)蚊子同時接收到視覺和化學(xué)線索時，例如既看到一個輪廓、又聞到二氧化碳，它們就會切換到一種“環(huán)繞式”模式，在準(zhǔn)備降落時以穩(wěn)定速度繞著目標(biāo)飛行，就像鯊魚環(huán)繞獵物那樣。

讓捕蚊器更懂蚊子

這樣的結(jié)果表明，當(dāng)設(shè)計捕蚊器時，捕蚊器需要經(jīng)過專門校準(zhǔn)的“多感官”誘餌，才能讓蚊子保持足夠長時間的關(guān)注，從而被捕獲。

顯然，人類還會釋放出其他線索，比如氣味、熱量和濕度。研究人員表示，對于埃及伊蚊來說，視覺線索和二氧化碳線索最為重要。另外，研究人員表示，這個模型還能被應(yīng)用到其他物種上，研究它們對其他感覺線索的反應(yīng)。

#參考來源：

https://news.mit.edu/2026/new-model-predicts-how-mosquitoes-will-fly-0318

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7063

#圖片來源：

封面圖&首圖：MIT News